JPWO2015040925A1 - Digital holography apparatus and digital holography method - Google Patents

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Abstract

所望の波長の像成分を抽出可能に記録または再生する。本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ装置(1)は、波長λ1・λ2の参照光および物体光が干渉することにより形成されるホログラムを撮像するモノクロの撮像装置(12)を備える。撮像装置(12)は、波長λ2についてのみ位相シフト量がそれぞれ異なる、第1〜第3ホログラムと、第1ホログラムに対して波長λ1についてのみ位相シフト量が異なる第4ホログラムとを撮像する。An image component having a desired wavelength is recorded or reproduced so as to be extractable. A digital holography device (1) according to an aspect of the present invention includes a monochrome image pickup device (12) that picks up an image of a hologram formed by interference between reference light and object light having wavelengths λ1 and λ2. The imaging device (12) images the first to third holograms having different phase shift amounts only for the wavelength λ2, and the fourth hologram having a different phase shift amount only for the wavelength λ1 with respect to the first hologram.

Description

本発明はデジタルホログラフィ装置およびデジタルホログラフィ方法に関する。   The present invention relates to a digital holography device and a digital holography method.

以後の文章中で位相の単位はラジアンで表す。光の干渉を利用した干渉計測技術、特にデジタルホログラフィは、非接触かつ非破壊で、物体の3次元情報を得ることができるため、近年、注目を集めている測定法の一つとなっている。   In the following text, the phase unit is expressed in radians. Interferometry technology using optical interference, particularly digital holography, is one of the measurement methods that have been attracting attention in recent years because it can obtain three-dimensional information of an object in a non-contact and non-destructive manner.

デジタルホログラフィは、3次元物体への光照射によって得られる干渉縞から、コンピュータを用いて3次元物体の像を再生する技術である。一般的には例えば、3次元物体への光照射によって得られる物体光と、該物体光に対して可干渉(コヒーレント)である参照光とが作る干渉縞を、CCD(charge coupled device)等の撮像素子を用いて記録する。記録された干渉縞に基づいて、コンピュータで3次元物体の像を再生する。   Digital holography is a technique for reproducing an image of a three-dimensional object using a computer from interference fringes obtained by light irradiation on the three-dimensional object. In general, for example, an interference fringe formed by object light obtained by light irradiation on a three-dimensional object and reference light that is coherent with the object light is represented by a CCD (charge coupled device) or the like. Recording is performed using an image sensor. Based on the recorded interference fringes, a computer reproduces an image of a three-dimensional object.

非特許文献1には、干渉縞から像を再生する基本的なデジタルホログラフィ技術が記載されている。   Non-Patent Document 1 describes a basic digital holography technique for reproducing an image from interference fringes.

非特許文献3には、2種類の干渉縞から像を再生する2段階位相シフト法が記載されている。   Non-Patent Document 3 describes a two-stage phase shift method for reproducing an image from two types of interference fringes.

特許文献1−3には、画素を分割して、複数種類の干渉縞を同時に撮像し、位相シフト法によって像を再生する技術(並列位相シフト法)が記載されている。   Patent Documents 1-3 describe a technique (parallel phase shift method) in which pixels are divided, a plurality of types of interference fringes are simultaneously imaged, and an image is reproduced by a phase shift method.

ここで、被写体の色情報をホログラムに記録する技術として、特許文献2−3、および非特許文献2の技術がある。特許文献2−3、および非特許文献2には、複数の波長のレーザ光およびカラーフィルタアレイを用いることにより、被写体の色情報をホログラムに記録する技術が記載されている。カラーフィルタアレイを用いる方式は、ホログラフィではない一般的なデジタルカメラで用いられるカラー撮影方式と同様のものである。   Here, as techniques for recording color information of a subject on a hologram, there are techniques disclosed in Patent Documents 2-3 and Non-Patent Document 2. Patent Documents 2-3 and Non-Patent Document 2 describe a technique for recording color information of an object on a hologram by using laser light having a plurality of wavelengths and a color filter array. The method using the color filter array is the same as the color photographing method used in a general digital camera that is not holography.

非特許文献4には、複数台の撮像装置を用いることにより複数種類の干渉縞を同時に撮像し、位相シフト法によって像を再生する技術が記載されている。   Non-Patent Document 4 describes a technique in which a plurality of types of interference fringes are simultaneously captured by using a plurality of imaging devices and an image is reproduced by a phase shift method.

日本国特許第4294526号公報(2009年4月17日登録)Japanese Patent No. 4294526 (registered on April 17, 2009) 国際公開第2010/092739号(2010年8月19日公開)International Publication No. 2010/092739 (Released on August 19, 2010) 国際公開第2012/002207号(2012年1月5日公開)International Publication No. 2012/002207 (released on January 5, 2012)

J. W. Goodman and R. W. Lawrence、「DIGITAL IMAGE FORMATION FROM ELECTRONICALLY DETECTED HOLOGRAMS」、APPLIED PHYSICS LETTERS、(1967)、Vol. 11、No. 3、p.77-79J. W. Goodman and R. W. Lawrence, “DIGITAL IMAGE FORMATION FROM ELECTRONICALLY DETECTED HOLOGRAMS”, APPLIED PHYSICS LETTERS, (1967), Vol. 11, No. 3, p.77-79 T. Kakue, et al., "Parallel phase-shifting color digital holography using two phase shifts", Appl. Opt. 48, pp.H244-H250 (2009)T. Kakue, et al., "Parallel phase-shifting color digital holography using two phase shifts", Appl. Opt. 48, pp.H244-H250 (2009) X. F. Meng, et al., "Two-step phase-shifting interferometry and its application in image encryption", Opt. Lett. 31, pp.1414-1416 (2006)X. F. Meng, et al., "Two-step phase-shifting interferometry and its application in image encryption", Opt. Lett. 31, pp.1414-1416 (2006) J. Hahn, et al., "Spatial phase-shifting interferometry withcompensation of geometric errors based on genetic algorithm", Chinese Opt. Lett. 7, pp.1113-1116 (2009)J. Hahn, et al., "Spatial phase-shifting interferometry withcompensation of geometric errors based on genetic algorithm", Chinese Opt. Lett. 7, pp.1113-1116 (2009)

しかしながら、カラーフィルタアレイを用いる方法では、以下の問題を生じる。まず、カラーフィルタによって光の吸収および反射が生じ、光利用効率が低下する。また、カラーフィルタは単一の波長成分のみを通過させるわけではないので、波長成分の完全な分離記録が困難である。デジタルホログラフィの像再生時おいて、カラーフィルタで遮断できなかった不要な波長の光成分は、所望の波長の光成分であると誤認識されて計算される。そのため、不要な波長の光成分は本来とは異なる空間位置で像を結ぶ。その結果、不要な波長の光成分は再生像にゴーストを生じさせてしまう。また、並列位相シフト法を適用する場合、カラーフィルタアレイと並列位相シフト法に必要な光学アレイとを高精度で位置合わせする必要があるという問題が生じる。   However, the method using the color filter array causes the following problems. First, light is absorbed and reflected by the color filter, and the light utilization efficiency decreases. Further, since the color filter does not pass only a single wavelength component, it is difficult to completely separate and record the wavelength component. At the time of digital holographic image reproduction, a light component having an unnecessary wavelength that could not be blocked by the color filter is erroneously recognized as a light component having a desired wavelength and is calculated. Therefore, the light components having unnecessary wavelengths form an image at a spatial position different from the original. As a result, a light component having an unnecessary wavelength causes a ghost in the reproduced image. Further, when the parallel phase shift method is applied, there arises a problem that it is necessary to align the color filter array and the optical array necessary for the parallel phase shift method with high accuracy.

本発明の一態様では、複数の波長または複数の偏光の光によって形成されるホログラムをモノクロ撮像素子を用いて記録するインライン型デジタルホログラフィにおいて、所望の波長または偏光の像成分を抽出可能に記録または再生することを目的とする。   In one embodiment of the present invention, in an in-line digital holography in which a hologram formed by light having a plurality of wavelengths or a plurality of polarizations is recorded using a monochrome imaging device, an image component having a desired wavelength or polarization can be recorded or extracted. Aim to play.

本発明に係るデジタルホログラフィ装置は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを撮像するモノクロの撮像装置を備え、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記撮像装置は、少なくとも、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像することを特徴としている。   A digital holography device according to the present invention includes a monochrome imaging device that images a hologram formed by first reference light, first object light, second reference light, and second object light, and the first reference light and The first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, the first reference light and the second object light do not interfere with each other, The second reference light and the first object light do not interfere with each other, and the imaging device has at least the same phase shift amount for the first reference light and the first object light, and the second With respect to the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which have different phase shift amounts for the reference light and the second object light, respectively, the second reference light and the second object light with respect to the first hologram about The phase shift amount is the same, and is characterized in that imaging and a fourth hologram phase shift amount differs for the first reference beam and the first object light.

本発明に係るデジタルホログラフィ装置は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記再生装置は、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定することを特徴としている。   The digital holography device according to the present invention includes a reproducing device that specifies the amplitude and phase of object light based on a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light. The first reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the second object light can be interfered with each other. Do not interfere with each other, the second reference light and the first object light do not interfere with each other, and the reproducing apparatus has the same phase shift amount for the first reference light and the first object light, The amplitude and phase of the second object light are specified using the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively. , The first holog And the first hologram have the same phase shift amount for the second reference light and the second object light, and different phase shift amounts for the first reference light and the first object light. Using the fourth hologram and the identified amplitude and phase of the second object light, the amplitude and phase of the first object light are identified.

本発明に係るデジタルホログラフィ方法は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを、モノクロの撮像装置を用いて撮像する撮像ステップを含み、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記撮像ステップにおいては、少なくとも、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像することを特徴としている。   The digital holography method according to the present invention includes an imaging step of imaging a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light using a monochrome imaging device, The first reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the second object light Do not interfere with each other, the second reference light and the first object light do not interfere with each other, and at least the phase shift amounts of the first reference light and the first object light are the same in the imaging step. In addition, the second hologram is different from the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively. Phase shift amount of the illumination and the second object light is the same, and is characterized in that imaging and a fourth hologram phase shift amount differs for the first reference beam and the first object light.

本発明に係るデジタルホログラフィ方法は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生ステップを含み、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記再生ステップは、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定する第1ステップと、上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定する第2ステップとを含むことを特徴としている。   The digital holography method according to the present invention includes a reproduction step of identifying the amplitude and phase of the object light based on a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light. The first reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the second object light can be interfered with each other. And the second reference light and the first object light do not interfere with each other, and the reproduction step has the same phase shift amount for the first reference light and the first object light, In addition, the amplitude and phase of the second object light are specified using the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively. 1st , The first hologram, and the first hologram have the same phase shift amounts for the second reference light and the second object light, and the first reference light and the first object light. And a second step of specifying the amplitude and phase of the first object light using the specified amplitude and phase of the second object light. It is said.

本発明は、モノクロの撮像装置を用いて、波長毎または偏光方向毎に精度よく分離された再生像を抽出可能に、複数のホログラムを記録または再生することができる。そのため、カラーフィルタを利用する場合に生じるゴーストの問題を回避することができる。そのため、高画質の再生像を得ることができる。   The present invention can record or reproduce a plurality of holograms by using a monochrome imaging apparatus so that a reproduced image separated with high accuracy for each wavelength or polarization direction can be extracted. Therefore, it is possible to avoid the problem of ghost that occurs when using a color filter. Therefore, a high-quality reproduced image can be obtained.

本発明に係る一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of one Embodiment which concerns on this invention. 上記デジタルホログラフィ装置のホログラムの再生方法の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the reproducing method of the hologram of the said digital holography apparatus. 本発明に係る他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of other embodiment which concerns on this invention. 本発明に係るさらに他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of further another embodiment which concerns on this invention. 本発明に係るさらに他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of further another embodiment which concerns on this invention. 波長板アレイ、偏光素子、および撮像面の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between a wavelength plate array, a polarizing element, and an imaging surface. 撮像装置によって記録されたホログラムから、4種類のホログラムを抽出する処理を示す図である。It is a figure which shows the process which extracts four types of holograms from the hologram recorded by the imaging device. 波長板アレイ、偏光素子、および撮像面の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between a wavelength plate array, a polarizing element, and an imaging surface. 波長板アレイ、偏光素子、および撮像面の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between a wavelength plate array, a polarizing element, and an imaging surface. 波長板アレイ、偏光素子、および撮像面の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between a wavelength plate array, a polarizing element, and an imaging surface. シミュレーションに用いる被写体の像および記録されたホログラムを示す図である。It is a figure which shows the image of the to-be-photographed object used for simulation, and the recorded hologram. 波長λ1に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。It is a figure which shows the to-be-photographed object's image and reproduced image which are used for simulation regarding wavelength (lambda) 1. 波長λ2に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。It is a figure which shows the to-be-photographed object image and reproduction image which are used for simulation regarding wavelength (lambda) 2. 波長λ1に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。It is a figure which shows the to-be-photographed object's image and reproduced image which are used for simulation regarding wavelength (lambda) 1. 波長λ2に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。It is a figure which shows the to-be-photographed object image and reproduction image which are used for simulation regarding wavelength (lambda) 2. 本発明に係るさらに他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of further another embodiment which concerns on this invention. シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。It is a figure which shows the image of a to-be-photographed object used for simulation, and a reproduction image. 本発明に係るさらに他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of further another embodiment which concerns on this invention. 本発明に係るさらに他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of further another embodiment which concerns on this invention. 撮像面の一部の画素を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of pixel of an imaging surface. 本発明に係るさらに他の実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the digital holography apparatus of further another embodiment which concerns on this invention.

本発明の実施形態について図に基づいて以下に説明する。説明の便宜上、各項目において、上述の項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略することがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the above items are denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted as appropriate.

〔実施形態1〕
本実施形態は、複数の波長で形成されるホログラムを、モノクロ撮像素子を用いて記録するインライン型デジタルホログラフィに関する。そして、デジタルホログラフィ装置は、記録したホログラムを用いて、複数の波長の情報を互いに分離して再生することができる。
Embodiment 1
The present embodiment relates to in-line digital holography for recording holograms formed at a plurality of wavelengths using a monochrome imaging device. The digital holography device can reproduce information of a plurality of wavelengths separated from each other using the recorded hologram.

(デジタルホログラフィ装置1の構成)
図1は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置1の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置1は、インライン型(in-line型またはon-axis型)のデジタルホログラフィ装置である。デジタルホログラフィ装置1は、記録装置10(ホログラム記録装置)と再生装置11とを備える。記録装置10は、撮像装置12、波長λ1のレーザ光源LS1、波長λ2のレーザ光源LS2、および光学系を備える。波長λ1と波長λ2とは互いに異なる。再生装置11は、コンピュータ等の計算機によって構成することができる。なお、レーザ光としては、可視光のみならず、不可視光(赤外線、紫外線、X線等)も利用することができる。
(Configuration of digital holography apparatus 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a digital holography device 1 of the present embodiment. The digital holography device 1 is an in-line type (in-line type or on-axis type) digital holography device. The digital holography device 1 includes a recording device 10 (hologram recording device) and a reproducing device 11. The recording device 10 includes an imaging device 12, a laser light source LS1 having a wavelength λ1, a laser light source LS2 having a wavelength λ2, and an optical system. The wavelengths λ1 and λ2 are different from each other. The playback device 11 can be configured by a computer such as a computer. As the laser light, not only visible light but also invisible light (infrared rays, ultraviolet rays, X-rays, etc.) can be used.

光学系は、ミラー等の複数の光学素子を備え、波長λ1・λ2のレーザ光(コヒーレント光)を被写体13(物体)および撮像装置12へ導く。具体的には、光学系は、複数の光学素子として、ビームスプリッタBS1〜BS3、およびミラーM1〜M3、ビームエキスパンダBE、波長板WP1〜WP3、および偏光子LP1・LP2を備える。ビームエキスパンダBEはそれぞれ、対物レンズBEa、ピンホールBEb、およびコリメータレンズBEcを備える。ビームスプリッタBS1〜BS3は、ハーフミラーからなる。ビームスプリッタBS1は、ダイクロイックミラーからなってもよい。   The optical system includes a plurality of optical elements such as mirrors, and guides laser light (coherent light) with wavelengths λ 1 and λ 2 to the subject 13 (object) and the imaging device 12. Specifically, the optical system includes beam splitters BS1 to BS3, mirrors M1 to M3, a beam expander BE, wave plates WP1 to WP3, and polarizers LP1 and LP2 as a plurality of optical elements. Each of the beam expanders BE includes an objective lens BEa, a pinhole BEb, and a collimator lens BEc. The beam splitters BS1 to BS3 are half mirrors. The beam splitter BS1 may be composed of a dichroic mirror.

撮像装置12は、撮像するための複数の画素がx方向およびy方向に配列した撮像面を有し、撮像面に到達した光の強度を記録する。x方向はy方向に対して垂直である。撮像装置12は、CCD等の撮像素子を有する。撮像装置12は、撮像面上に形成された干渉縞を記録する。この干渉縞は物体光の情報を有するホログラムである。撮像装置12はカラーフィルタを備えないため、撮像装置12の1つの画素は同時に複数の波長の光を受光する。すなわち撮像装置12はモノクロ撮像装置である。撮像装置12は、撮像した干渉縞の画像データを再生装置11に出力する。再生装置11の詳細については後述する。   The imaging device 12 has an imaging surface in which a plurality of pixels for imaging are arranged in the x direction and the y direction, and records the intensity of light reaching the imaging surface. The x direction is perpendicular to the y direction. The imaging device 12 has an imaging element such as a CCD. The imaging device 12 records interference fringes formed on the imaging surface. This interference fringe is a hologram having information on object light. Since the imaging device 12 does not include a color filter, one pixel of the imaging device 12 receives light of a plurality of wavelengths at the same time. That is, the imaging device 12 is a monochrome imaging device. The imaging device 12 outputs the captured image data of the interference fringes to the reproduction device 11. Details of the playback device 11 will be described later.

(物体光および参照光)
レーザ光源LS1から出射される波長λ1のレーザ光の偏光方向と、レーザ光源LS2から出射される波長λ2のレーザ光の偏光方向とは揃っている。ここでは、波長λ1・λ2のレーザ光の偏光方向は垂直偏光であるとする。図において、垂直偏光を縦向きの矢印で示す。一方、図1には描かれないが、水平偏光を横向きの矢印で示す。
(Object light and reference light)
The polarization direction of the laser light having the wavelength λ1 emitted from the laser light source LS1 is aligned with the polarization direction of the laser light having the wavelength λ2 emitted from the laser light source LS2. Here, it is assumed that the polarization direction of the laser light having the wavelengths λ1 and λ2 is vertical polarization. In the figure, vertical polarization is indicated by a vertical arrow. On the other hand, although not depicted in FIG. 1, horizontal polarization is indicated by a horizontal arrow.

レーザ光源LS2から出射された波長λ2のレーザ光は、ミラーM1およびビームスプリッタBS1で反射され、波長λ1のレーザ光と同じ経路に合成される。光軸が揃えられた2つの波長λ1・λ2のレーザ光は、ビームエキスパンダBEを通過する。波長λ1・λ2のレーザ光は、ビームスプリッタBS2によって、物体照明光と参照光とに分割される。   The laser light having the wavelength λ2 emitted from the laser light source LS2 is reflected by the mirror M1 and the beam splitter BS1, and is combined in the same path as the laser light having the wavelength λ1. The laser beams having two wavelengths λ1 and λ2 whose optical axes are aligned pass through the beam expander BE. The laser beams with wavelengths λ1 and λ2 are split into object illumination light and reference light by the beam splitter BS2.

ビームスプリッタBS2によって分けられた波長λ1・λ2の物体照明光は、ミラーM2を経由して、被写体13に照射される。物体照明光が被写体13によって散乱、透過または回折されたものが物体光である。被写体13からの物体光は、偏光子LP1を通過し、ビームスプリッタBS3で反射され、偏光子LP2を通過し、撮像装置12の撮像面に入射する。   The object illumination light having the wavelengths λ1 and λ2 divided by the beam splitter BS2 is irradiated onto the subject 13 via the mirror M2. The object illumination light is scattered, transmitted, or diffracted by the object 13. The object light from the subject 13 passes through the polarizer LP1, is reflected by the beam splitter BS3, passes through the polarizer LP2, and enters the imaging surface of the imaging device 12.

偏光子LP1・LP2は、垂直偏光の成分のみを通過させる偏光子である。偏光子LP1は、被写体13によって乱れた物体光の偏光を垂直偏光に整えることによって、ノイズとなる成分を除去する役割を果たす。偏光子LP2は、ビームスプリッタBS3によって乱れた物体光の偏光を垂直偏光に整えることによって、ノイズとなる成分を除去する役割を果たす。偏光子LP1・LP2は、省略することもできる。   The polarizers LP1 and LP2 are polarizers that allow only vertically polarized components to pass through. The polarizer LP1 serves to remove noise components by adjusting the polarization of the object light disturbed by the subject 13 to vertical polarization. The polarizer LP2 serves to remove components that become noise by adjusting the polarization of the object light disturbed by the beam splitter BS3 to vertical polarization. The polarizers LP1 and LP2 can be omitted.

ビームスプリッタBS2によって分けられた波長λ1・λ2の参照光は、複数(ここでは3つ)の波長板WP1〜WP3を通過する。波長板WP1〜WP3による作用については後述する。波長板WP1〜WP3を通過した波長λ1・λ2の参照光は、ミラーM3を経由し、ビームスプリッタBS3および偏光子LP2を通過して撮像装置12の撮像面に入射する。デジタルホログラフィ装置1はインライン型であるので、撮像面に入射する物体光および参照光は、実質的にその光軸が撮像面に垂直になる。   The reference light having the wavelengths λ1 and λ2 divided by the beam splitter BS2 passes through a plurality of (here, three) wavelength plates WP1 to WP3. The operation of the wave plates WP1 to WP3 will be described later. The reference light having the wavelengths λ1 and λ2 that has passed through the wave plates WP1 to WP3 passes through the mirror M3, passes through the beam splitter BS3 and the polarizer LP2, and is incident on the imaging surface of the imaging device 12. Since the digital holography device 1 is an in-line type, the optical axis of the object light and the reference light incident on the imaging surface is substantially perpendicular to the imaging surface.

(ホログラムの記録)
撮像面には、波長λ1の物体光および参照光が干渉して形成された干渉縞と、波長λ2の物体光および参照光が干渉して形成された干渉縞との重ね合わせの干渉縞(ホログラム)が形成される。モノクロ撮像装置である撮像装置12は、複数の波長λ1・λ2の干渉縞が重畳されたホログラムを撮像する。
(Recording hologram)
On the imaging surface, interference fringes (holograms) of interference fringes formed by interference between the object light of wavelength λ1 and the reference light and interference fringes formed by interference of the object light of wavelength λ2 and the reference light ) Is formed. The imaging device 12 which is a monochrome imaging device images a hologram on which interference fringes of a plurality of wavelengths λ1 and λ2 are superimposed.

本実施形態のデジタルホログラフィ装置1では、波長板WP1〜WP3の配置状態(回転角度)を変えて、4回の撮像を行う。すなわち、撮像装置12は、参照光の位相状態が異なる4種類のホログラムを逐次記録する。なお、撮像装置12は、各波長の参照光の強度分布を記録するために、物体光が遮られた状態で、波長λ1の参照光および波長λ2の参照光をそれぞれ撮像しておく。   In the digital holography device 1 of the present embodiment, imaging is performed four times by changing the arrangement state (rotation angle) of the wave plates WP1 to WP3. That is, the imaging device 12 sequentially records four types of holograms having different reference light phase states. In order to record the intensity distribution of the reference light of each wavelength, the imaging device 12 images the reference light of the wavelength λ1 and the reference light of the wavelength λ2 in a state where the object light is blocked.

第1状態では、波長板WP1〜WP3は、高速軸が参照光の偏光方向(垂直偏光)と一致している。そのため波長λ1・λ2の参照光は波長板WP1〜WP3による位相変化を受けない。第1状態における物体光と参照光との位相の関係を基準とし、物体光の位相に対する参照光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義する。   In the first state, the wave plates WP <b> 1 to WP <b> 3 have the high-speed axis coinciding with the polarization direction (vertical polarization) of the reference light. Therefore, the reference light having the wavelengths λ1 and λ2 is not subjected to the phase change by the wave plates WP1 to WP3. Based on the phase relationship between the object light and the reference light in the first state, the phase delay or advance of the reference light with respect to the phase of the object light is defined as a phase shift amount.

第1状態においては、波長λ1・λ2共に位相シフト量は0、または高速軸に対する位相の遅れが2πの倍数である。第1状態において記録されるホログラムを第1ホログラムとする。   In the first state, the phase shift amount is 0 for both wavelengths λ1 and λ2, or the phase delay with respect to the high speed axis is a multiple of 2π. A hologram recorded in the first state is defined as a first hologram.

第2状態では、波長板WP2・WP3は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP1は、低速軸(遅相軸)が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP1は、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相を(高速軸に比べて)π/2遅らせる。ただし、波長板WP1は、波長λ1の光については位相を遅らせない、または高速軸に対する位相の遅れを2πの倍数にする。   In the second state, the wave plates WP2 and WP3 have the high-speed axis coinciding with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP1, the slow axis (slow axis) coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP1 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ2 by π / 2 (compared to the fast axis). However, the wave plate WP1 does not delay the phase of the light with the wavelength λ1, or makes the phase delay with respect to the high-speed axis a multiple of 2π.

第2状態においては、波長λ1の位相シフト量は0、または高速軸に対する位相の遅れが2πの倍数である。波長λ2の位相シフト量はπ/2である。第2状態において記録されるホログラムを第2ホログラムとする。   In the second state, the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0, or the phase delay with respect to the high speed axis is a multiple of 2π. The phase shift amount of the wavelength λ2 is π / 2. The hologram recorded in the second state is referred to as a second hologram.

第3状態では、波長板WP1・WP3は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP2は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP2は、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相をπ遅らせる。ただし、波長板WP2は、波長λ1の光については位相を遅らせない、または高速軸に対する位相の遅れを2πの倍数にする。   In the third state, the wave plates WP1 and WP3 have the high-speed axis coinciding with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP2, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP2 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ2 by π. However, the wave plate WP2 does not delay the phase of the light with the wavelength λ1, or makes the phase delay with respect to the high-speed axis a multiple of 2π.

第3状態においては、波長λ1の位相シフト量は0、または高速軸に対する位相の遅れが2πの倍数である。波長λ2の位相シフト量はπである。第3状態において記録されるホログラムを第3ホログラムとする。   In the third state, the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0, or the phase delay with respect to the high speed axis is a multiple of 2π. The phase shift amount of the wavelength λ2 is π. The hologram recorded in the third state is referred to as a third hologram.

第4状態では、波長板WP1・WP2は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP3は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP3は、波長λ1の光の低速軸に沿った成分の位相をπ/2遅らせる。ただし、波長板WP3は、波長λ2の光については位相を遅らせない、または高速軸に対する位相の遅れを2πの倍数にする。   In the fourth state, the wave plates WP1 and WP2 have the fast axes that coincide with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP3, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP3 delays the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ1 by π / 2. However, the wave plate WP3 does not delay the phase of the light with the wavelength λ2, or makes the phase delay with respect to the high-speed axis a multiple of 2π.

第4状態においては、波長λ1の位相シフト量はπ/2である。波長λ2の位相シフト量は0、または高速軸に対する位相の遅れが2πの倍数である。第4状態において記録されるホログラムを第4ホログラムとする。   In the fourth state, the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2. The phase shift amount of the wavelength λ2 is 0, or the phase delay with respect to the high speed axis is a multiple of 2π. The hologram recorded in the fourth state is referred to as a fourth hologram.

2つの波長λ1・λ2について、上記のように位相シフト量が異なる4種類のホログラムを記録することができれば、波長λ1の物体光の位相情報(複素振幅分布)と波長λ2の位相情報とを分離して抽出することができる。すなわち、再生装置11において、波長λ1の再生像と波長λ2の再生像とを分離して再生することができる。4種類のホログラムとして、基準である第1ホログラム、波長λ1の位相シフト量が0でありかつ波長λ2の位相シフト量が第1量である第2ホログラム、波長λ1の位相シフト量が0でありかつ波長λ2の位相シフト量が第2量である第3ホログラム、および、波長λ1の位相シフト量が第3量でありかつ波長λ2の位相シフト量が0である第4ホログラムが記録できればよい。ただし第1量と第2量とは異なる。第3量は、第1量または第2量と同じでも異なってもよい。   If four types of holograms with different phase shift amounts can be recorded for the two wavelengths λ1 and λ2, the phase information (complex amplitude distribution) of the object light of wavelength λ1 and the phase information of wavelength λ2 are separated. And can be extracted. That is, the reproduction apparatus 11 can reproduce the reproduction image having the wavelength λ1 and the reproduction image having the wavelength λ2 separately. As the four types of holograms, the first hologram as a reference, the second hologram whose phase shift amount at the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount at the wavelength λ2 is the first amount, and the phase shift amount at the wavelength λ1 is 0 In addition, it is only necessary to record the third hologram in which the phase shift amount of the wavelength λ2 is the second amount and the fourth hologram in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is the third amount and the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero. However, the first amount and the second amount are different. The third amount may be the same as or different from the first amount or the second amount.

なお、第1状態〜第4状態において、高速軸が参照光の偏光方向と一致している波長板は、参照光の経路から取り除いても結果は同じである。   In the first state to the fourth state, the result is the same even if the wave plate whose fast axis coincides with the polarization direction of the reference light is removed from the reference light path.

(再生方法)
撮像されたホログラムの画素値は、干渉縞の光強度を表す。複数のホログラムから元の物体光の位相情報を算出できれば、回折積分によって物体光の伝播を遡ることにより、任意の奥行き位置での合焦像(再生像)を得ることができる。以下において、再生方法の概要を説明した後、再生方法の詳細を説明する。
(Playback method)
The pixel value of the imaged hologram represents the light intensity of the interference fringes. If the phase information of the original object light can be calculated from a plurality of holograms, a focused image (reproduced image) at an arbitrary depth position can be obtained by tracing back the propagation of the object light by diffraction integration. In the following, after describing the outline of the reproduction method, the details of the reproduction method will be described.

図2は、ホログラムの再生方法の概要を示す図である。記録された4つのホログラムにおける位相シフト量を、ホログラムの下に(波長λ1の位相シフト量、波長λ2の位相シフト量)として括弧書きで示している。   FIG. 2 is a diagram showing an outline of a hologram reproducing method. The phase shift amounts in the four recorded holograms are indicated in parentheses as (phase shift amount of wavelength λ1, phase shift amount of wavelength λ2) below the hologram.

まず(第1処理)、波長λ1の位相シフト量が同じで、波長λ2の位相シフト量がそれぞれ異なる第1〜第3ホログラムH1〜H3を用いて、各点(画素)における波長λ2の物体光の振幅および位相を求める。すなわち、波長λ2の物体光の複素振幅分布を求める。このとき、各点(画素)における波長λ2の0次回折光の強度も求めることができる。   First (first process), the first to third holograms H1 to H3 having the same phase shift amount of the wavelength λ1 and different phase shift amounts of the wavelength λ2 are used, and the object light of the wavelength λ2 at each point (pixel). Find the amplitude and phase of. That is, the complex amplitude distribution of the object light having the wavelength λ2 is obtained. At this time, the intensity of the 0th-order diffracted light of wavelength λ2 at each point (pixel) can also be obtained.

次に(第2処理)、波長λ1の位相シフト量が異なり、波長λ2の位相シフト量が同じである第1・第4ホログラムH1・H4と、上で求められた波長λ2の物体光の振幅および位相とを用いて、各点(画素)における波長λ1の物体光の振幅および位相を求める。   Next (second processing), the first and fourth holograms H1 and H4 having different phase shift amounts of the wavelength λ1 and the same phase shift amount of the wavelength λ2, and the amplitude of the object light of the wavelength λ2 obtained above And the phase and the phase are used to determine the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ1 at each point (pixel).

その次に(第3処理)、求められた波長λ1・λ2の物体光の振幅および位相を用いて回折積分(回折計算)することにより、波長λ1・λ2のそれぞれの再生像(振幅情報)および3次元形状情報(位相情報)を再生することができる。   Next (third processing), by performing diffraction integration (diffraction calculation) using the obtained amplitude and phase of the object light of the wavelengths λ1 and λ2, the respective reproduced images (amplitude information) of the wavelengths λ1 and λ2 and Three-dimensional shape information (phase information) can be reproduced.

最後に(第4処理)、波長λ1の再生像と波長λ2の再生像とを色合成すれば、多色(2色)の再生像を生成することができる。   Finally (fourth processing), a color-reconstructed image of wavelength λ1 and a reproduced image of wavelength λ2 can be combined to generate a multicolor (two-color) reproduced image.

以下に再生方法の詳細について説明する。撮像されたホログラムの各画素の座標を(x、y)で表す。ここでは1つの画素(x、y)に注目して説明する。第1ホログラムH1の画素の画素値IH1は、当該画素において検出された光強度を表す。同様に、第2〜第4ホログラムH2〜H4の画素の画素値を、IH2〜IH4とする。画素毎に画素値は異なるので、IH1〜IH4はx、yを変数とする関数である。各ホログラムの画素値IH1〜IH4は、以下の式で表される。Details of the reproducing method will be described below. The coordinates of each pixel of the imaged hologram are represented by (x, y). Here, a description will be given focusing on one pixel (x, y). Pixel values I H1 of the pixels of the first hologram H1 is representative of the light intensity detected in the pixel. Similarly, the pixel values of the pixels of the second to fourth holograms H2 to H4 are I H2 to I H4 . Since pixel values are different for each pixel, I H1 to I H4 are functions having x and y as variables. The pixel values I H1 to I H4 of each hologram are expressed by the following equations.

ここで、Iλ1(0)は波長λ1の位相シフト量が0の干渉縞の強度を示し、Iλ2(0)は波長λ2の位相シフト量が0の干渉縞の強度を示す。Iλ1(0)の括弧の中は位相シフト量を示す。Aoλ1は波長λ1の物体光の振幅を示し、Aoλ2は波長λ2の物体光の振幅を示す。Arλ1は波長λ1の参照光の振幅を示し、Arλ2は波長λ2の参照光の振幅を示す。φλ1は波長λ1の物体光の位相を示し、φλ2は波長λ2の物体光の位相を示す。各値は注目している画素(x、y)における値を示す。すなわち、Iλ1(0)、Iλ2(0)、Aoλ1、Aoλ2、Arλ1、Arλ2、φλ1、φλ2は、x、yの関数である。Here, I λ1 (0) indicates the intensity of the interference fringes whose phase shift amount at the wavelength λ1 is 0, and I λ2 (0) indicates the intensity of the interference fringes whose phase shift amount at the wavelength λ2 is 0. The parenthesis of I λ1 (0) indicates the phase shift amount. Ao λ1 represents the amplitude of the object light having the wavelength λ1, and Ao λ2 represents the amplitude of the object light having the wavelength λ2. Ar λ1 indicates the amplitude of the reference light having the wavelength λ1, and Ar λ2 indicates the amplitude of the reference light having the wavelength λ2. φ λ1 indicates the phase of the object light having the wavelength λ1, and φ λ2 indicates the phase of the object light having the wavelength λ2. Each value indicates a value at the pixel (x, y) of interest. That is, I λ1 (0) , I λ2 (0) , Ao λ1 , Ao λ2 , Ar λ1 , Ar λ2 , φ λ1 , and φ λ2 are functions of x and y.

ここで、IH1〜IH4は第1ホログラムH1〜第4ホログラムH4の測定値であるので、既知である。波長λ1の参照光の強度Irλ1=Arλ1 および波長λ2の参照光の強度Irλ2=Arλ2 は既知である。なお、撮像装置12で参照光の強度分布を記録せずに、各波長の参照光の強度分布を仮の値に仮定して計算を行ってもよい。式(1)〜(4)から物体光の振幅および位相を求めることができれば、それらから被写体13の像(再生像)を再生することができる。Here, I H1 to I H4 are known because they are measured values of the first hologram H1 to the fourth hologram H4. The intensity Ir λ1 = Ar λ1 2 of the reference light with the wavelength λ1 and the intensity Ir λ2 = Ar λ2 2 of the reference light with the wavelength λ2 are known. In addition, without recording the intensity distribution of the reference light by the imaging device 12, the calculation may be performed assuming that the intensity distribution of the reference light of each wavelength is a temporary value. If the amplitude and phase of the object light can be obtained from the equations (1) to (4), the image (reproduced image) of the subject 13 can be reproduced from them.

まず(第1処理、第1ステップ)、第1ホログラムH1および第3ホログラムH3、すなわち式(1)および式(3)から、以下の式が求められる。   First (first process, first step), the following equations are obtained from the first hologram H1 and the third hologram H3, that is, the equations (1) and (3).

また、第1ホログラムH1および第3ホログラムH3の差分を求める。また、第2ホログラムH2および第1ホログラムH1の差分と、第2ホログラムH2および第3ホログラムH3の差分との和を求める。すなわち、第1ホログラムH1から第3ホログラムH3(すなわち式(1)〜(3))から、以下の式が求められる。   Further, the difference between the first hologram H1 and the third hologram H3 is obtained. Further, the sum of the difference between the second hologram H2 and the first hologram H1 and the difference between the second hologram H2 and the third hologram H3 is obtained. That is, the following formula is obtained from the first hologram H1 to the third hologram H3 (that is, formulas (1) to (3)).

式(5)(6)の左辺の変数は全て既知の値である。式(5)から分かるように、第1ホログラムH1および第3ホログラムH3の差分は、波長λ2のみの振幅および位相に依存する。式(6)についても同様である。sin2θ+cos2θ=1と、式(5)(6)より、Aoλ2およびφλ2が求められる。All the variables on the left side of equations (5) and (6) are known values. As can be seen from Equation (5), the difference between the first hologram H1 and the third hologram H3 depends on the amplitude and phase of only the wavelength λ2. The same applies to equation (6). Ao λ2 and φ λ2 are obtained from sin 2 θ + cos 2 θ = 1 and equations (5) and (6).

以上により、注目した画素における波長λ2の物体光の振幅および位相が求められる。他の画素についても同様にして波長λ2の物体光の振幅および位相を求めることができる。この段階で、Iλ2(0)、Aoλ2、Arλ2、φλ2が既知となった。As described above, the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ2 in the pixel of interest are obtained. Similarly, the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ2 can be obtained for the other pixels. At this stage, I λ2 (0) , Ao λ2 , Ar λ2 , and φ λ2 became known.

次に(第2処理、第2ステップ)、第1ホログラムH1および第3ホログラムH3、すなわち式(1)および式(4)から、以下の式が求められる。   Next (second process, second step), the following equations are obtained from the first hologram H1 and the third hologram H3, that is, the equations (1) and (4).

式(9)(10)の左辺は既知の値である。式(9)(10)の中の未知の変数は、Aoλ1、φλ1の2つであるので、公知の2段階位相シフト法を利用して式(9)(10)からAoλ1、φλ1を求めることができる。以上により、各画素における波長λ1の物体光の振幅および位相が求められる。The left side of Expressions (9) and (10) is a known value. Since there are two unknown variables Ao λ1 and φ λ1 in the equations (9) and (10), Ao λ1 and φ are obtained from the equations (9) and (10) using a known two-stage phase shift method. λ1 can be obtained. As described above, the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ1 in each pixel are obtained.

なお、1つ波長λ1・λ2の位相シフト量が(π、0)である第5ホログラムをさらに撮像してもよい。この場合、波長λ2の物体光の振幅および位相を求めた方法と同様の方法で、3つの第1・第4・第5ホログラムから3段階位相シフト法によって波長λ1の物体光の振幅および位相を求めることができる。   Note that a fifth hologram whose phase shift amount of one wavelength λ1 · λ2 is (π, 0) may be further imaged. In this case, the amplitude and phase of the object light of wavelength λ1 are obtained by the three-stage phase shift method from the three first, fourth, and fifth holograms in the same manner as the method of obtaining the amplitude and phase of the object light of wavelength λ2. Can be sought.

また、ここでは位相シフト量をπ/2またはπ等としたが、他の値であってもよい。位相シフト量がπ/2またはπのときは計算式が簡潔になるが、他の値であっても計算は可能である。   In addition, although the phase shift amount is π / 2 or π or the like here, other values may be used. When the amount of phase shift is π / 2 or π, the calculation formula becomes simple, but calculation is possible even with other values.

また、記録枚数を増やすのであれば、2πに限らず各波長で異なる位相シフト量であっても実施可能である。このとき、複数波長情報の時分割記録では従来、複数の波長のうち1つの波長の光を撮像素子へ照射させ、位相シフト量の異なる複数種類のホログラムを記録し、その後他の波長の光のみを撮像素子へ照射させ同様に位相シフト量の異なる複数種類のホログラムを記録する。これに対し、本実施形態によれば複数の波長の光を同時に撮像素子へ照射させた状態で複数種類のホログラムを記録する点が異なる。そのため、シャッタやレーザ発振のON/OFFの操作など特定の波長の光のみを照射させるために従来必要とされた機構が不要となり、装置構成の簡略化や計測時間の短縮を達成できる。   Further, if the number of recordings is increased, the phase shift amount is not limited to 2π but can be implemented even with a different phase shift amount at each wavelength. At this time, in the time division recording of the multiple wavelength information, conventionally, the imaging device is irradiated with light of one wavelength among a plurality of wavelengths, and a plurality of types of holograms having different phase shift amounts are recorded, and then only the light of other wavelengths is recorded. Is irradiated onto the image sensor, and similarly, a plurality of types of holograms having different phase shift amounts are recorded. On the other hand, the present embodiment is different in that a plurality of types of holograms are recorded in a state where a plurality of wavelengths of light are simultaneously irradiated onto the image sensor. Therefore, a mechanism conventionally required for irradiating only light of a specific wavelength, such as a shutter or laser oscillation ON / OFF operation, becomes unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified and the measurement time can be shortened.

再生装置11は、第1〜第4ホログラムH1〜H4を用いて、上記のように第1処理および第2処理を行い、各波長の物体光の振幅および位相を特定する。そして、再生装置11は、各波長の物体光の振幅および位相を用いて、再生像を生成する。再生像を求める回折積分(第3処理)、色合成(第4処理)等は公知技術を利用して行うことができるので、説明を省略する。   The reproducing device 11 performs the first process and the second process as described above using the first to fourth holograms H1 to H4, and specifies the amplitude and phase of the object light of each wavelength. Then, the playback device 11 generates a playback image using the amplitude and phase of the object light of each wavelength. The diffraction integration (third process), color synthesis (fourth process), and the like for obtaining a reconstructed image can be performed using a known technique, and thus description thereof is omitted.

(デジタルホログラフィ装置1の効果)
本実施形態のデジタルホログラフィ装置1では、モノクロの撮像装置12を用いて複数の波長の干渉縞を含むホログラムを撮像する。位相シフト量の異なる複数のホログラムを用いて、波長毎に精度よく分離された再生像を得ることができる。そのため、カラーフィルタを利用する場合に生じるゴーストの問題を回避することができる。そのため、高画質の再生像を得ることができる。またデジタルホログラフィ装置1は、カラーフィルタを利用しないので、光の利用効率を高くすることができる。また、インライン型の装置構成であることから、干渉縞の可視度が上がる。そのため、干渉縞を精度よく記録でき、明るい物体の像を再生することができる。
(Effect of the digital holography device 1)
In the digital holography device 1 of the present embodiment, a monochrome imaging device 12 is used to image a hologram including interference fringes of a plurality of wavelengths. Using a plurality of holograms having different phase shift amounts, it is possible to obtain a reconstructed image that is accurately separated for each wavelength. Therefore, it is possible to avoid the problem of ghost that occurs when using a color filter. Therefore, a high-quality reproduced image can be obtained. Moreover, since the digital holography device 1 does not use a color filter, the light use efficiency can be increased. Moreover, since it is an inline type | mold apparatus structure, the visibility of an interference fringe goes up. Therefore, interference fringes can be recorded with high accuracy and a bright object image can be reproduced.

また、本実施形態のデジタルホログラフィ装置1では、モノクロの撮像装置12を用いて、被写体の分光された3次元画像情報を得ることができる。   Further, in the digital holography device 1 of the present embodiment, the monochrome imaging device 12 can be used to obtain the three-dimensional image information of the subject that is spectrally separated.

なお、波長の数×2の種類のホログラムを記録すれば、上記の方法で波長毎の再生像の再生が可能になる。波長の数が3である場合については後述する。   If holograms of the number of wavelengths × 2 types are recorded, it is possible to reproduce a reproduction image for each wavelength by the above method. The case where the number of wavelengths is 3 will be described later.

〔実施形態2〕
本実施形態では、複数の撮像装置を用いて、同時に4種類のホログラムを記録する場合について説明する。4種類のホログラムから再生像を生成する方法は実施形態1と同じである。
[Embodiment 2]
In the present embodiment, a case where four types of holograms are recorded simultaneously using a plurality of imaging devices will be described. A method for generating a reproduced image from four types of holograms is the same as that in the first embodiment.

図3は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置2の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置2は、記録装置20を備える。実施形態1とは異なり、記録装置20は、波長板WP1〜WP3の代わりに1/2波長板HWPを備え、4つの撮像装置12a〜12dを備える。また、デジタルホログラフィ装置2は、撮像装置12a〜12dのそれぞれの前に、対応する波長板WP1〜WP4、および対応する偏光子LP11〜LP14を備える。記録装置20は、位相シフト量の異なる4種類のホログラムを、それぞれ4つの撮像装置12a〜12dによって、同時に撮像することができる。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the digital holography device 2 of the present embodiment. The digital holography device 2 includes a recording device 20. Unlike Embodiment 1, the recording device 20 includes a half-wave plate HWP instead of the wave plates WP1 to WP3, and includes four imaging devices 12a to 12d. The digital holography device 2 includes corresponding wave plates WP1 to WP4 and corresponding polarizers LP11 to LP14 in front of the imaging devices 12a to 12d. The recording device 20 can simultaneously image four types of holograms having different phase shift amounts by the four imaging devices 12a to 12d.

参照光の経路に配置された1/2波長板HWPは、低速軸が参照光の偏光方向と45°の角度をなすように配置されている。1/2波長板HWPは、各波長λ1・λ2の参照光の偏光方向を90°回転させ、水平偏光にする。一方、偏光子LP1を通過した物体光は、垂直偏光である。   The half-wave plate HWP arranged in the reference light path is arranged so that the slow axis forms an angle of 45 ° with the polarization direction of the reference light. The half-wave plate HWP rotates the polarization direction of the reference light having the wavelengths λ1 and λ2 by 90 ° to make horizontal polarization. On the other hand, the object light that has passed through the polarizer LP1 is vertically polarized light.

物体光および参照光は、ビームスプリッタBS3〜BS5によって、4つの撮像装置12a〜12dに対応した4つの経路に分けられる。   The object light and the reference light are divided into four paths corresponding to the four imaging devices 12a to 12d by the beam splitters BS3 to BS5.

撮像装置12a〜12dの前に配置された波長板WP1〜WP4は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP1〜WP4の高速軸は、物体光の偏光方向と一致している。   In the wave plates WP1 to WP4 arranged in front of the imaging devices 12a to 12d, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. The fast axes of the wave plates WP1 to WP4 coincide with the polarization direction of the object light.

波長板WP1は、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相を(高速軸に比べて)π/2遅らせる。ただし、波長板WP1は、波長λ1の光については位相を遅らせない。そのため、波長板WP1は、波長λ2の参照光の位相のみをπ/2遅らせ、波長λ1の参照光、および波長λ1・λ2の物体光の位相は遅らせない。   Wave plate WP1 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ2 by π / 2 (compared to the fast axis). However, the wave plate WP1 does not delay the phase of the light with the wavelength λ1. Therefore, the wave plate WP1 delays only the phase of the reference light having the wavelength λ2 by π / 2, and does not delay the phases of the reference light having the wavelength λ1 and the object light having the wavelengths λ1 and λ2.

偏光子LP11〜LP14の透過軸は、水平方向に対して45°の角度をなす。偏光子LP11は、参照光および物体光の透過軸方向(斜め方向)の成分のみを通過させ、参照光と物体光とが干渉するようにする。撮像装置12aは、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπ/2である第2ホログラムH2を撮像する。   The transmission axes of the polarizers LP11 to LP14 form an angle of 45 ° with respect to the horizontal direction. The polarizer LP11 passes only the components in the transmission axis direction (oblique direction) of the reference light and the object light so that the reference light and the object light interfere with each other. The imaging device 12a images the second hologram H2 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π / 2.

波長板WP2は、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相をπ遅らせる。ただし、波長板WP2は、波長λ1の光については位相を遅らせない。そのため、波長板WP2は、波長λ2の参照光の位相のみをπ遅らせ、波長λ1の参照光、および波長λ1・λ2の物体光の位相は遅らせない。   Wave plate WP2 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ2 by π. However, the wave plate WP2 does not delay the phase of the light with the wavelength λ1. Therefore, the wave plate WP2 delays only the phase of the reference light having the wavelength λ2 by π, and does not delay the phases of the reference light having the wavelength λ1 and the object light having the wavelengths λ1 and λ2.

偏光子LP12は、参照光および物体光の透過軸方向(斜め方向)の成分のみを通過させ、参照光と物体光とが干渉するようにする。撮像装置12bは、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπである第3ホログラムH3を撮像する。   The polarizer LP12 allows only the components in the transmission axis direction (oblique direction) of the reference light and the object light to pass therethrough so that the reference light and the object light interfere with each other. The imaging device 12b images the third hologram H3 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π.

波長板WP3は、波長λ1の光の低速軸に沿った成分の位相をπ/2遅らせる。ただし、波長板WP3は、波長λ2の光については位相を遅らせない。そのため、波長板WP3は、波長λ1の参照光の位相のみをπ/2遅らせ、波長λ2の参照光、および波長λ1・λ2の物体光の位相は遅らせない。   Wave plate WP3 delays the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ1 by π / 2. However, the wave plate WP3 does not delay the phase of the light with the wavelength λ2. Therefore, the wave plate WP3 delays only the phase of the reference light having the wavelength λ1 by π / 2 and does not delay the phases of the reference light having the wavelength λ2 and the object light having the wavelengths λ1 and λ2.

偏光子LP13は、参照光および物体光の透過軸方向(斜め方向)の成分のみを通過させ、参照光と物体光とが干渉するようにする。撮像装置12cは、波長λ1の位相シフト量がπ/2で波長λ2の位相シフト量が0である第4ホログラムH4を撮像する。   The polarizer LP13 passes only the components in the transmission axis direction (oblique direction) of the reference light and the object light so that the reference light and the object light interfere with each other. The imaging device 12c images the fourth hologram H4 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is 0.

波長板WP4は、波長λ1・λ2の光については位相を遅らせない。波長板WP4は省略することができる。   Wave plate WP4 does not delay the phase of light of wavelengths λ1 and λ2. The wave plate WP4 can be omitted.

偏光子LP14は、参照光および物体光の透過軸方向(斜め方向)の成分のみを通過させ、参照光と物体光とが干渉するようにする。撮像装置12dは、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が0である第1ホログラムH1を撮像する。   The polarizer LP14 passes only the components in the transmission axis direction (oblique direction) of the reference light and the object light so that the reference light and the object light interfere with each other. The imaging device 12d images the first hologram H1 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is 0.

複数の撮像装置12a〜12dは、記録した第1〜第4ホログラムH1〜H4を再生装置11に出力する。   The plurality of imaging devices 12a to 12d output the recorded first to fourth holograms H1 to H4 to the reproducing device 11.

本実施形態のデジタルホログラフィ装置2では、必要な複数のホログラムH1〜H4を同時に撮像することができる。そのため、被写体が時間変化する場合においても、記録装置20は複数のホログラムを撮像し、再生装置11は記録されたホログラムに基づいて波長毎に像の再生を行うことができる。   In the digital holography device 2 of the present embodiment, a plurality of necessary holograms H1 to H4 can be imaged simultaneously. Therefore, even when the subject changes with time, the recording device 20 can capture a plurality of holograms, and the reproducing device 11 can reproduce an image for each wavelength based on the recorded holograms.

〔実施形態3〕
本実施形態では、3つの波長の光を用いる場合について説明する。
[Embodiment 3]
In this embodiment, a case where light of three wavelengths is used will be described.

図4は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置3の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置3は、記録装置21および再生装置11を備える。記録装置21は、実施形態1の記録装置に比べて、波長λ3のレーザ光源LS3、ビームスプリッタBS6を備える。記録装置21は、参照光の経路に、5つの波長板WP1〜WP5を備える。波長λ3は、波長λ1・λ2とは異なる。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the digital holography device 3 of the present embodiment. The digital holography device 3 includes a recording device 21 and a reproduction device 11. The recording device 21 includes a laser light source LS3 having a wavelength λ3 and a beam splitter BS6 as compared with the recording device of the first embodiment. The recording device 21 includes five wave plates WP1 to WP5 in the reference light path. The wavelength λ3 is different from the wavelengths λ1 and λ2.

レーザ光源LS1〜LS3から出射された3つの波長λ1〜λ3のレーザ光は、ミラーM1、ビームスプリッタBS1・BS6によって同じ経路に合成される。3つの波長λ1〜λ3のレーザ光は、垂直偏光である。3つの波長λ1〜λ3のレーザ光は、他の実施形態と同様に、物体照明光および参照光に分けられる。   The laser beams having the three wavelengths λ1 to λ3 emitted from the laser light sources LS1 to LS3 are combined in the same path by the mirror M1 and the beam splitters BS1 and BS6. The laser beams having the three wavelengths λ1 to λ3 are vertically polarized light. The laser beams having the three wavelengths λ1 to λ3 are divided into object illumination light and reference light as in the other embodiments.

(ホログラムの記録)
撮像面には、波長λ1の物体光および参照光が干渉して形成された干渉縞と、波長λ2の物体光および参照光が干渉して形成された干渉縞と、波長λ3の物体光および参照光が干渉して形成された干渉縞との重ね合わせの干渉縞(ホログラム)が形成される。モノクロ撮像装置である撮像装置12は、複数の波長λ1〜λ3の干渉縞が重畳されたホログラムを撮像する。
(Recording hologram)
On the imaging surface, interference fringes formed by interference of object light of wavelength λ1 and reference light, interference fringes formed by interference of object light of wavelength λ2 and reference light, object light of wavelength λ3, and reference Overlapping interference fringes (holograms) with interference fringes formed by light interference are formed. The imaging device 12 that is a monochrome imaging device images a hologram on which interference fringes having a plurality of wavelengths λ1 to λ3 are superimposed.

デジタルホログラフィ装置3では、波長板WP1〜WP5の配置状態(回転角度)を1つずつ変えて、6回の撮像を行う。すなわち、撮像装置12は、参照光の位相状態が異なる6種類のホログラムを逐次記録する。なお、撮像装置12は、各波長の参照光の強度分布を記録するために、物体光が遮られた状態で、波長λ1〜λ3の参照光をそれぞれ撮像しておく。   In the digital holography device 3, imaging is performed six times by changing the arrangement state (rotation angle) of the wave plates WP1 to WP5 one by one. That is, the imaging device 12 sequentially records six types of holograms with different reference light phase states. Note that the imaging device 12 images the reference light of wavelengths λ1 to λ3 in a state where the object light is blocked in order to record the intensity distribution of the reference light of each wavelength.

第1状態では、波長板WP1〜WP5は、高速軸が参照光の偏光方向(垂直偏光)と一致している。そのため波長λ1〜λ3の参照光は波長板WP1〜WP5による位相変化を受けない。第1状態における物体光と参照光との位相の関係を基準とし、物体光の位相に対する参照光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義する。   In the first state, the wave plates WP1 to WP5 have the high-speed axis coincident with the polarization direction (vertical polarization) of the reference light. Therefore, the reference light having the wavelengths λ1 to λ3 is not subjected to the phase change by the wave plates WP1 to WP5. Based on the phase relationship between the object light and the reference light in the first state, the phase delay or advance of the reference light with respect to the phase of the object light is defined as a phase shift amount.

第1状態においては、波長λ1〜λ3共に位相シフト量は0である。第1状態において記録されるホログラムを第1ホログラムとする。   In the first state, the phase shift amount is 0 for both wavelengths λ1 to λ3. A hologram recorded in the first state is defined as a first hologram.

第2状態では、波長板WP2〜WP5は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP1は、低速軸(遅相軸)が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP1は、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相を(高速軸に比べて)π/2遅らせる。ただし、波長板WP1は、波長λ1・λ3の光については位相を遅らせない。すなわち、波長λ1・λ3については位相の遅れが2πの倍数である。   In the second state, the wave plates WP <b> 2 to WP <b> 5 have the high-speed axis that matches the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP1, the slow axis (slow axis) coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP1 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ2 by π / 2 (compared to the fast axis). However, the wave plate WP1 does not delay the phase of light having wavelengths λ1 and λ3. That is, for the wavelengths λ1 and λ3, the phase delay is a multiple of 2π.

第2状態においては、波長λ1・λ3の位相シフト量は0であり、波長λ2の位相シフト量はπ/2である。第2状態において記録されるホログラムを第2ホログラムとする。   In the second state, the phase shift amount of the wavelengths λ1 and λ3 is 0, and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π / 2. The hologram recorded in the second state is referred to as a second hologram.

第3状態では、波長板WP1・WP3〜WP5は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP2は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP2は、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相をπ遅らせる。ただし、波長板WP2は、波長λ1・λ3の光については位相を遅らせない。   In the third state, the wave plates WP1 and WP3 to WP5 have the high-speed axis coinciding with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP2, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP2 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ2 by π. However, the wave plate WP2 does not delay the phase of the light having the wavelengths λ1 and λ3.

第3状態においては、波長λ1・λ3の位相シフト量は0であり、波長λ2の位相シフト量はπである。第3状態において記録されるホログラムを第3ホログラムとする。   In the third state, the phase shift amount of the wavelengths λ1 and λ3 is 0, and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π. The hologram recorded in the third state is referred to as a third hologram.

第4状態では、波長板WP1・WP2・WP4・WP5は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP3は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP3は、波長λ1の光の低速軸に沿った成分の位相をπ/2遅らせる。ただし、波長板WP3は、波長λ2・λ3の光については位相を遅らせない。   In the fourth state, the wave plates WP1, WP2, WP4, and WP5 have the fast axes that coincide with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP3, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP3 delays the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ1 by π / 2. However, the wave plate WP3 does not delay the phase of light with wavelengths λ2 and λ3.

第4状態においては、波長λ1の位相シフト量はπ/2であり、波長λ2・λ3の位相シフト量は0である。第4状態において記録されるホログラムを第4ホログラムとする。   In the fourth state, the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2, and the phase shift amounts of the wavelengths λ2 and λ3 are zero. The hologram recorded in the fourth state is referred to as a fourth hologram.

第5状態では、波長板WP1〜WP3・WP5は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP4は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP4は、波長λ3の光の低速軸に沿った成分の位相をπ/2遅らせる。ただし、波長板WP4は、波長λ1・λ2の光については位相を遅らせない。   In the fifth state, the wave plates WP1 to WP3 and WP5 have the high-speed axis coinciding with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP4, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP4 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ3 by π / 2. However, the wave plate WP4 does not delay the phase of the light of the wavelengths λ1 and λ2.

第5状態においては、波長λ1・λ2の位相シフト量は0であり、波長λ3の位相シフト量はπ/2である。第5状態において記録されるホログラムを第5ホログラムとする。   In the fifth state, the phase shift amount of the wavelengths λ1 and λ2 is 0, and the phase shift amount of the wavelength λ3 is π / 2. The hologram recorded in the fifth state is referred to as a fifth hologram.

第6状態では、波長板WP1〜WP4は、高速軸が参照光の偏光方向と一致している。一方、波長板WP5は、低速軸が参照光の偏光方向と一致している。波長板WP5は、波長λ3の光の低速軸に沿った成分の位相をπ遅らせる。ただし、波長板WP5は、波長λ1・λ2の光については位相を遅らせない。   In the sixth state, the wave plates WP1 to WP4 have the high-speed axis coinciding with the polarization direction of the reference light. On the other hand, in the wave plate WP5, the slow axis coincides with the polarization direction of the reference light. Wave plate WP5 delays the phase of the component along the slow axis of light of wavelength λ3 by π. However, the wave plate WP5 does not delay the phase of the light of the wavelengths λ1 and λ2.

第6状態においては、波長λ1・λ2の位相シフト量は0であり、波長λ3の位相シフト量はπである。第6状態において記録されるホログラムを第6ホログラムとする。   In the sixth state, the phase shift amount of the wavelengths λ1 and λ2 is 0, and the phase shift amount of the wavelength λ3 is π. The hologram recorded in the sixth state is referred to as a sixth hologram.

記録される第1〜第6ホログラムの位相シフト量を括弧書きで(波長λ1の位相シフト量、波長λ2の位相シフト量、波長λ3の位相シフト量)と表すと、
第1ホログラム( 0、 0、 0)
第2ホログラム( 0、π/2、 0)
第3ホログラム( 0、 π、 0)
第4ホログラム(π/2、 0、 0)
第5ホログラム( 0、 0、π/2)
第6ホログラム( 0、 0、 π)
となる。
When the phase shift amounts of the first to sixth holograms to be recorded are expressed in parentheses (phase shift amount of wavelength λ1, phase shift amount of wavelength λ2, phase shift amount of wavelength λ3),
First hologram (0, 0, 0)
Second hologram (0, π / 2, 0)
Third hologram (0, π, 0)
4th hologram (π / 2, 0, 0)
5th hologram (0, 0, π / 2)
6th hologram (0, 0, π)
It becomes.

(再生方法)
以下に再生方法の詳細について説明する。第1〜第6ホログラムの画素の画素値を、IH1〜IH6とする。各ホログラムの画素値IH1〜IH6は、以下の式で表される。
(Playback method)
Details of the reproducing method will be described below. The pixel values of the pixels of the first to sixth holograms are I H1 to I H6 . The pixel values I H1 to I H6 of each hologram are expressed by the following equations.

ここで、Iλ3(0)は波長λ3の位相シフト量が0の干渉縞の強度を示す。Iλ3(0)の括弧の中は位相シフト量を示す。Aoλ3は波長λ3の物体光の振幅を示し、Arλ3は波長λ3の参照光の振幅を示す。φλ3は位相シフト量が0のときの波長λ3の物体光の位相を示す。Iλ3(0)、Aoλ3、Arλ3、φλ3は、x、yの関数である。Here, I λ3 (0) indicates the intensity of the interference fringes with the phase shift amount of the wavelength λ3 being zero. The parenthesis of I λ3 (0) indicates the phase shift amount. Ao λ3 represents the amplitude of the object light having the wavelength λ3, and Ar λ3 represents the amplitude of the reference light having the wavelength λ3. φ λ3 indicates the phase of the object light having the wavelength λ3 when the phase shift amount is zero. I λ3 (0) , Ao λ3 , Ar λ3 , and φ λ3 are functions of x and y.

式(11)〜(14)のIH1〜IH4は、実施形態1の式(1)〜(4)にIλ3(0)が加わっただけである。そのため、実施形態1と同じようにして、式(11)〜(13)から式(5)〜(8)を求めることができる。すなわち、波長λ1・λ3の位相シフト量がそれぞれ同じで、波長λ2の位相シフト量のみがそれぞれ異なる3つのホログラムの画素値(IH1〜IH3)から、波長λ2の物体光の振幅および位相を求めることができる。なお、波長λ1の位相シフト量と波長λ3の位相シフト量とが同じである必要はなく、用いる3つのホログラムにおいて、波長λ1の位相シフト量が同じであればよい。そのような3つのホログラムのうちの2つのホログラムの画素値の差(例えばIH1−IH3)は、波長λ1・λ3に依存せず、波長λ2にのみ依存するので、波長λ2の振幅および位相を求めることができる。I H1 to I H4 in the formulas (11) to (14) are obtained by adding I λ3 (0) to the formulas (1) to (4) in the first embodiment. Therefore, in the same manner as in the first embodiment, equations (5) to (8) can be obtained from equations (11) to (13). That is, from the pixel values (I H1 to I H3 ) of three holograms having the same phase shift amounts of the wavelengths λ1 and λ3 but different only in the phase shift amount of the wavelength λ2, the amplitude and phase of the object light of the wavelength λ2 are calculated. Can be sought. Note that the phase shift amount of the wavelength λ1 and the phase shift amount of the wavelength λ3 do not have to be the same, and the three holograms to be used may have the same phase shift amount of the wavelength λ1. The difference between the pixel values of two of the three holograms (for example, I H1 −I H3 ) does not depend on the wavelengths λ 1 and λ 3 but depends only on the wavelength λ 2, so the amplitude and phase of the wavelength λ 2 Can be requested.

同様にして、波長λ1・λ2の位相シフト量がそれぞれ同じで、波長λ3の位相シフト量のみがそれぞれ異なる3つのホログラムの画素値(IH1・IH5・IH6)から、波長λ3の物体光の振幅および位相を求めることができる。Similarly, from the pixel values (I H1 , I H5, and I H6 ) of three holograms having the same phase shift amounts of the wavelengths λ1 and λ2 but different only in the phase shift amount of the wavelength λ3, the object light of the wavelength λ3 is obtained. Can be determined.

波長λ2・λ3の物体光の振幅Aoλ2・Aoλ3および位相φλ2・φλ3が既知となった。最後に、残る1つの波長λ1の位相シフト量のみが異なり、他の波長λ2・λ3の位相シフト量がそれぞれ同じ2つのホログラムの画素値(IH1・IH4)から、波長λ1の物体光の振幅および位相を求めることができる。すなわち、実施形態1と同じようにして、式(11)(14)から以下の式が求められる。Amplitude Ao λ2 · Ao λ3 and phase φ λ2 · φ λ3 of the object light of the wavelength .lambda.2 · [lambda] 3 became known. Finally, only the remaining phase shift amount of the wavelength λ1 is different, and the phase shift amounts of the other wavelengths λ2 and λ3 are the same from the pixel values (I H1 and I H4 ) of the two holograms, respectively. The amplitude and phase can be determined. That is, in the same manner as in the first embodiment, the following equations are obtained from equations (11) and (14).

式(17)(18)の左辺は既知の値である。そのため式(17)(18)からAoλ1、φλ1を求めることができる。以上により、波長λ1の物体光の振幅および位相が求められる。The left side of Expressions (17) and (18) is a known value. Therefore, Ao λ1 and φ λ1 can be obtained from the equations (17) and (18). As described above, the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ1 are obtained.

複数波長の場合についてまとめると、複数の波長のうち、1つの波長λ2の位相シフト量のみが異なる3つのホログラム(IH1〜IH3)から、当該1つの波長の物体光の振幅および位相を求めることができる。同様に他の1つの波長λ3の位相シフト量のみが異なる3つのホログラム(IH1・IH5・IH6)から、当該他の1つの波長の物体光の振幅および位相を求めることができる。ここで、2つのホログラム(IH5・IH6)の波長λ1・λ2の位相シフト量が他のいずれか1つのホログラムと同じであれば、1つのホログラム(IH1)は共通のものを使用することができる。最後に残った1つの波長λ1の位相シフト量のみが異なる2つのホログラム(IH1・IH4)から、当該最後に残った1つの波長の物体光の振幅および位相を求めることができる。ここでも、1つのホログラム(IH1)は共通のものを使用することができる。以上のように、波長数が3以上の場合でも、位相シフト量が異なる少なくとも波長の数×2のホログラムから、各波長の物体光の振幅および位相を求めることができる。Summarizing the case of a plurality of wavelengths, the amplitude and phase of the object light of one wavelength are obtained from three holograms (I H1 to I H3 ) that differ only in the phase shift amount of one wavelength λ2 among the plurality of wavelengths. be able to. Similarly, the amplitude and phase of the object light of the other one wavelength can be obtained from three holograms (I H1 , I H5 , I H6 ) that differ only in the phase shift amount of the other one wavelength λ3. Here, if the phase shift amounts of the wavelengths λ1 and λ2 of the two holograms (I H5 and I H6 ) are the same as any one of the other holograms, the same hologram (I H1 ) is used. be able to. From the two holograms (I H1 · I H4 ) that differ only in the phase shift amount of the last remaining wavelength λ1, the amplitude and phase of the last remaining object beam of one wavelength can be obtained. Again, one hologram (I H1 ) can be used in common. As described above, even when the number of wavelengths is three or more, the amplitude and phase of object light of each wavelength can be obtained from at least the number of wavelengths × 2 holograms having different phase shift amounts.

〔実施形態4〕
本実施形態では、1つの撮像装置で複数種類のホログラムを同時に並列に記録する場合について説明する。
[Embodiment 4]
In the present embodiment, a case where a plurality of types of holograms are simultaneously recorded in parallel with one imaging apparatus will be described.

図5は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置4の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置4は、記録装置22および再生装置11を備える。記録装置22は、実施形態1の記録装置20とは異なり、波長板WP1〜WP3の代わりに1/2波長板HWPを備え、撮像装置12の代わりに撮像装置12eを備える。撮像装置12eは、複数の画素が2次元に配列する撮像面12fに貼り合わせられた偏光素子LPと、偏光素子LPに貼り合わせられた波長板アレイWPAとを備える。撮像装置12eはモノクロ撮像装置である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the digital holography device 4 of the present embodiment. The digital holography device 4 includes a recording device 22 and a playback device 11. Unlike the recording device 20 of the first embodiment, the recording device 22 includes a half-wave plate HWP instead of the wave plates WP1 to WP3, and an imaging device 12e instead of the imaging device 12. The imaging device 12e includes a polarizing element LP that is bonded to an imaging surface 12f in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, and a wave plate array WPA that is bonded to the polarizing element LP. The imaging device 12e is a monochrome imaging device.

物体光は垂直偏光であり、参照光は水平偏光である。偏光ビームスプリッタBS3によって合成された物体光および参照光は、波長板アレイWPAおよび偏光素子LPをこの順に通過して、撮像面12fに入射する。   The object light is vertically polarized light, and the reference light is horizontally polarized light. The object light and the reference light synthesized by the polarization beam splitter BS3 pass through the wave plate array WPA and the polarization element LP in this order, and enter the imaging surface 12f.

(ホログラムの記録)
図6は、波長板アレイWPA、偏光素子LP、および撮像面12fの関係を示す模式図である。撮像面12fの各セルA’〜D’は、1つの画素を表す。なお、波長板アレイWPA、偏光素子LP、および撮像面12fの一部の範囲のみが図示されている。
(Recording hologram)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship among the wave plate array WPA, the polarizing element LP, and the imaging surface 12f. Each cell A ′ to D ′ on the imaging surface 12f represents one pixel. Note that only a partial range of the wave plate array WPA, the polarizing element LP, and the imaging surface 12f is illustrated.

偏光素子LPは、1つの偏光子であり、透過軸は水平方向に対して45°の方向(斜め方向)に傾いている。偏光素子LPは、参照光および物体光の透過軸方向(斜め方向)の成分のみを通過させ、参照光と物体光とが干渉するようにする。透過軸方向を矢印で図示する。   The polarizing element LP is a single polarizer, and the transmission axis is inclined in a 45 ° direction (oblique direction) with respect to the horizontal direction. The polarizing element LP allows only the components in the transmission axis direction (oblique direction) of the reference light and the object light to pass therethrough so that the reference light and the object light interfere with each other. The direction of the transmission axis is indicated by an arrow.

波長板アレイWPAは、複数のセルA〜Dが2次元に周期的に配列したアレイである。波長板アレイWPAの1つのセルは、1つの波長板である。なお、波長板アレイWPAは同様の機能を有するフォトニック結晶に置き換えることもできる。図には、波長板アレイWPAの各セルの低速軸の方向を矢印で図示する。セルA〜Dの種類の数は、撮像可能なホログラムの種類の数に対応する。波長板アレイWPAのセルA〜Dの低速軸は、参照光の偏光方向と同じ水平方向に沿っている。   The wave plate array WPA is an array in which a plurality of cells A to D are periodically arranged in two dimensions. One cell of the wave plate array WPA is one wave plate. The wave plate array WPA can be replaced with a photonic crystal having a similar function. In the figure, the direction of the slow axis of each cell of the wave plate array WPA is indicated by an arrow. The number of types of cells A to D corresponds to the number of types of holograms that can be imaged. The slow axes of the cells A to D of the wave plate array WPA are along the same horizontal direction as the polarization direction of the reference light.

波長板アレイWPAのセルAは、実施形態2の波長板WP4に対応する。すなわち、セルAは、波長λ1・λ2の光については位相を遅らせない。   The cell A of the wave plate array WPA corresponds to the wave plate WP4 of the second embodiment. That is, the cell A does not delay the phase of the light having the wavelengths λ1 and λ2.

波長板アレイWPAの複数のセルAに対応する複数の画素A’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が0である第1ホログラムH1を撮像する。   The plurality of pixels A ′ corresponding to the plurality of cells A of the wavelength plate array WPA image the first hologram H1 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is 0.

波長板アレイWPAのセルBは、実施形態2の波長板WP1に対応する。すなわち、セルBは、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相を(高速軸に比べて)π/2遅らせる。ただし、セルBは、波長λ1の光については位相を遅らせない。そのため、セルBは、波長λ2の参照光の位相のみをπ/2遅らせ、波長λ1の参照光、および波長λ1・λ2の物体光の位相は遅らせない。   The cell B of the wave plate array WPA corresponds to the wave plate WP1 of the second embodiment. That is, the cell B delays the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ2 (compared to the fast axis) by π / 2. However, the cell B does not delay the phase of the light having the wavelength λ1. Therefore, the cell B delays only the phase of the reference light having the wavelength λ2 by π / 2, and does not delay the phases of the reference light having the wavelength λ1 and the object light having the wavelengths λ1 and λ2.

波長板アレイWPAの複数のセルBに対応する複数の画素B’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπ/2である第2ホログラムH2を撮像する。   The plurality of pixels B ′ corresponding to the plurality of cells B of the wavelength plate array WPA image the second hologram H2 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π / 2.

波長板アレイWPAのセルCは、実施形態2の波長板WP2に対応する。すなわち、セルCは、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相をπ遅らせる。ただし、セルCは、波長λ1の光については位相を遅らせない。そのため、セルCは、波長λ2の参照光の位相のみをπ遅らせ、波長λ1の参照光、および波長λ1・λ2の物体光の位相は遅らせない。   The cell C of the wave plate array WPA corresponds to the wave plate WP2 of the second embodiment. That is, the cell C delays the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ2. However, the cell C does not delay the phase of the light having the wavelength λ1. Therefore, the cell C delays only the phase of the reference light having the wavelength λ2 by π, and does not delay the phases of the reference light having the wavelength λ1 and the object light having the wavelengths λ1 and λ2.

波長板アレイWPAの複数のセルCに対応する複数の画素C’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπである第3ホログラムH3を撮像する。   The plurality of pixels C ′ corresponding to the plurality of cells C of the wavelength plate array WPA image the third hologram H3 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π.

波長板アレイWPAのセルDは、実施形態2の波長板WP3に対応する。すなわち、セルDは、波長λ1の光の低速軸に沿った成分の位相をπ/2遅らせる。ただし、セルDは、波長λ2の光については位相を遅らせない。そのため、セルDは、波長λ1の参照光の位相のみをπ/2遅らせ、波長λ2の参照光、および波長λ1・λ2の物体光の位相は遅らせない。   The cell D of the wave plate array WPA corresponds to the wave plate WP3 of the second embodiment. That is, the cell D delays the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ1 by π / 2. However, the cell D does not delay the phase of the light with the wavelength λ2. Therefore, the cell D delays only the phase of the reference light having the wavelength λ1 by π / 2, and does not delay the phases of the reference light having the wavelength λ2 and the object light having the wavelengths λ1 and λ2.

波長板アレイWPAの複数のセルDに対応する複数の画素D’は、波長λ1の位相シフト量がπ/2で波長λ2の位相シフト量が0である第4ホログラムH4を撮像する。   The plurality of pixels D ′ corresponding to the plurality of cells D of the wavelength plate array WPA image the fourth hologram H4 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero.

(再生方法)
図7は、撮像装置12eによって記録されたホログラムH0から、4種類のホログラムを抽出する処理を示す図である。1回の撮像で記録されたホログラムH0において、位相シフト量が同じ画素は、2次元的に規則的に配列している。すなわち、1回の撮像で記録されたホログラムH0には、位相シフト量が異なる4種類のホログラムが並列して含まれている。
(Playback method)
FIG. 7 is a diagram illustrating a process of extracting four types of holograms from the hologram H0 recorded by the imaging device 12e. In the hologram H0 recorded by one imaging, pixels having the same phase shift amount are regularly arranged two-dimensionally. That is, the hologram H0 recorded by one imaging includes in parallel four types of holograms having different phase shift amounts.

再生装置11は、記録されたホログラムH0から、位相シフト量が同じ画素を抽出し、位相シフト量が異なる4つのホログラムを抽出する。抽出されたホログラムH1〜H4のそれぞれの画素数は、記録されたホログラムH0の画素数の1/4になる。また、抽出されたホログラムH1〜H4では、それぞれが有する画素値の座標も異なる。   The reproducing device 11 extracts pixels having the same phase shift amount from the recorded hologram H0, and extracts four holograms having different phase shift amounts. The number of pixels of each of the extracted holograms H1 to H4 is 1/4 of the number of pixels of the recorded hologram H0. Also, the extracted holograms H1 to H4 have different pixel value coordinates.

再生装置11は、抽出されたホログラムH1〜H4のそれぞれについて、画素値の補間を行う。再生装置11は、補間されたホログラムH1〜H4を用いて、上述の実施形態と同様に、各波長の物体光の振幅および位相を求める。   The reproducing device 11 performs pixel value interpolation for each of the extracted holograms H1 to H4. The reproducing device 11 uses the interpolated holograms H1 to H4 to determine the amplitude and phase of the object light of each wavelength, as in the above-described embodiment.

本実施形態のデジタルホログラフィ装置4は、1回の撮像で記録されたホログラムH0から、波長毎に分離された像を再生することができる。そのため、被写体13が動く場合であっても被写体13の再生像を生成することができる。   The digital holography device 4 of this embodiment can reproduce an image separated for each wavelength from the hologram H0 recorded by one imaging. Therefore, a reproduced image of the subject 13 can be generated even when the subject 13 moves.

〔実施形態5〕
本実施形態では、撮像装置12eの他の構成について説明する。本実施形態のデジタルホログラフィ装置は、実施形態4の構成と同じである。ただし、波長板アレイWPAの構成が、実施形態4とは異なる。
[Embodiment 5]
In the present embodiment, another configuration of the imaging device 12e will be described. The digital holography apparatus of this embodiment has the same configuration as that of the fourth embodiment. However, the configuration of the wave plate array WPA is different from that of the fourth embodiment.

図8は、波長板アレイWPA、偏光素子LP、および撮像面12fの関係を示す模式図である。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between the wave plate array WPA, the polarizing element LP, and the imaging surface 12f.

波長板アレイWPAは、複数のセルA〜Dが2次元に周期的に配列したアレイである。波長板アレイWPAの1つのセルは、1つの波長板である。図には、波長板アレイWPAの各セルの低速軸の方向を矢印で図示する。   The wave plate array WPA is an array in which a plurality of cells A to D are periodically arranged in two dimensions. One cell of the wave plate array WPA is one wave plate. In the figure, the direction of the slow axis of each cell of the wave plate array WPA is indicated by an arrow.

本実施形態では、波長板アレイWPAのセルA・Dの低速軸は、参照光の偏光方向と同じ水平方向に沿っているが、波長板アレイWPAのセルB・Cの低速軸は、物体光の偏光方向と同じ垂直方向に沿っている。   In this embodiment, the slow axes of the cells A and D of the wave plate array WPA are along the same horizontal direction as the polarization direction of the reference light, but the slow axes of the cells B and C of the wave plate array WPA are the object light. Along the same vertical direction as the polarization direction of

波長板アレイWPAのセルA・Dは、実施形態4と同じである。よって、波長板アレイWPAの複数のセルAに対応する複数の画素A’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が0である第1ホログラムH1を撮像する。波長板アレイWPAの複数のセルDに対応する複数の画素D’は、波長λ1の位相シフト量がπ/2で波長λ2の位相シフト量が0である第4ホログラムH4を撮像する。   The cells A and D of the wave plate array WPA are the same as those in the fourth embodiment. Therefore, the plurality of pixels A ′ corresponding to the plurality of cells A of the wavelength plate array WPA image the first hologram H1 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is 0. The plurality of pixels D ′ corresponding to the plurality of cells D of the wavelength plate array WPA image the fourth hologram H4 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero.

波長板アレイWPAのセルBは、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相を(高速軸に比べて)π/2進ませる(3π/2遅らせる)。ただし、セルBは、波長λ1の光については位相を遅らせない。物体光の位相を進ませるということは、相対的に参照光の位相を遅らせることと同じである。そのため、セルBは、結果的に波長λ2の参照光の位相のみをπ/2遅らせることになる。一方、セルBは、波長λ1の参照光の位相は遅らせない。   The cell B of the wave plate array WPA advances the phase of the component along the slow axis of the light of wavelength λ2 by π / 2 (relative to 3π / 2) (compared to the fast axis). However, the cell B does not delay the phase of the light having the wavelength λ1. Advancing the phase of the object beam is the same as relatively delaying the phase of the reference beam. Therefore, the cell B consequently delays only the phase of the reference light having the wavelength λ2 by π / 2. On the other hand, the cell B does not delay the phase of the reference light having the wavelength λ1.

波長板アレイWPAの複数のセルBに対応する複数の画素B’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπ/2である第2ホログラムH2を撮像する。   The plurality of pixels B ′ corresponding to the plurality of cells B of the wavelength plate array WPA image the second hologram H2 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π / 2.

波長板アレイWPAのセルCは、波長λ2の光の低速軸に沿った成分の位相をπ進ませる(π遅らせる)。ただし、セルCは、波長λ1の光については位相を遅らせない。そのため、セルCは、結果的に波長λ2の参照光の位相のみをπ遅らせることになる。一方、セルCは、波長λ1の参照光の位相は遅らせない。   The cell C of the wave plate array WPA advances the phase of the component along the slow axis of the light of the wavelength λ2 by π (delays by π). However, the cell C does not delay the phase of the light having the wavelength λ1. Therefore, the cell C results in delaying only the phase of the reference light having the wavelength λ2 by π. On the other hand, the cell C does not delay the phase of the reference light having the wavelength λ1.

波長板アレイWPAの複数のセルCに対応する複数の画素C’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπである第3ホログラムH3を撮像する。   The plurality of pixels C ′ corresponding to the plurality of cells C of the wavelength plate array WPA image the third hologram H3 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π.

このように、波長板アレイWPAを図8に示すように構成しても、位相シフト量が異なる複数のホログラムを含むホログラムを1回の撮像で記録することができる。   As described above, even if the wave plate array WPA is configured as shown in FIG. 8, a hologram including a plurality of holograms having different phase shift amounts can be recorded by one imaging.

〔実施形態6〕
本実施形態では、撮像装置12eのさらに他の構成について説明する。本実施形態のデジタルホログラフィ装置は、実施形態5の構成と同じである。ただし、波長板アレイWPAの構成が、実施形態5とは異なる。
[Embodiment 6]
In the present embodiment, still another configuration of the imaging device 12e will be described. The digital holography device of this embodiment has the same configuration as that of the fifth embodiment. However, the configuration of the wave plate array WPA is different from that of the fifth embodiment.

図9は、波長板アレイWPA、偏光素子LP、および撮像面12fの関係を示す模式図である。   FIG. 9 is a schematic diagram showing the relationship between the wave plate array WPA, the polarizing element LP, and the imaging surface 12f.

波長板アレイWPAは、複数のセルA〜Dが2次元に周期的に配列したアレイである。波長板アレイWPAの1つのセルは、1つの波長板である。図には、波長板アレイWPAの各セルの低速軸の方向を矢印で図示する。   The wave plate array WPA is an array in which a plurality of cells A to D are periodically arranged in two dimensions. One cell of the wave plate array WPA is one wave plate. In the figure, the direction of the slow axis of each cell of the wave plate array WPA is indicated by an arrow.

本実施形態では、波長板アレイWPAのセルDの低速軸は、参照光の偏光方向と同じ水平方向に沿っているが、波長板アレイWPAのセルB・Cの低速軸は、物体光の偏光方向と同じ垂直方向に沿っている。さらに、波長板アレイWPAのセルAの低速軸は、物体光の偏光方向に対して45°傾いている。波長板アレイWPAのセルAの低速軸は、偏光素子LPの透過軸と直交している。   In this embodiment, the slow axis of the cell D of the wave plate array WPA is along the same horizontal direction as the polarization direction of the reference light, but the slow axis of the cells B and C of the wave plate array WPA is the polarization of the object light. Along the same vertical direction as the direction. Further, the slow axis of the cell A of the wave plate array WPA is inclined 45 ° with respect to the polarization direction of the object light. The slow axis of the cell A of the wave plate array WPA is orthogonal to the transmission axis of the polarizing element LP.

波長板アレイWPAのセルB〜Dは、実施形態5と同じである。よって、波長板アレイWPAの複数のセルBに対応する複数の画素B’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπ/2である第2ホログラムH2を撮像する。波長板アレイWPAの複数のセルCに対応する複数の画素C’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量がπである第3ホログラムH3を撮像する。波長板アレイWPAの複数のセルDに対応する複数の画素D’は、波長λ1の位相シフト量がπ/2で波長λ2の位相シフト量が0である第4ホログラムH4を撮像する。   The cells B to D of the wave plate array WPA are the same as those in the fifth embodiment. Therefore, the plurality of pixels B ′ corresponding to the plurality of cells B of the wavelength plate array WPA image the second hologram H2 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π / 2. The plurality of pixels C ′ corresponding to the plurality of cells C of the wavelength plate array WPA image the third hologram H3 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is π. The plurality of pixels D ′ corresponding to the plurality of cells D of the wavelength plate array WPA image the fourth hologram H4 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero.

波長板アレイWPAのセルAは、波長λ1・λ2の光については位相を遅らせない。または、波長板アレイWPAのセルAは、いずれかの波長の光の低速軸に沿った成分の位相を遅らせてもよい。いずれにせよ、偏光素子LPの透過軸に沿った成分について、参照光の位相に対する物体光の相対的な位相は変わらない。   The cell A of the wave plate array WPA does not delay the phase of the light with the wavelengths λ1 and λ2. Alternatively, the cell A of the wave plate array WPA may delay the phase of the component along the slow axis of light of any wavelength. In any case, the relative phase of the object light with respect to the phase of the reference light does not change for the component along the transmission axis of the polarizing element LP.

波長板アレイWPAの複数のセルAに対応する複数の画素A’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が0である第1ホログラムH1を撮像する。   The plurality of pixels A ′ corresponding to the plurality of cells A of the wavelength plate array WPA image the first hologram H1 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is 0.

このように、波長板アレイWPAを図9に示すように構成しても、位相シフト量が異なる複数のホログラムを含むホログラムを1回の撮像で記録することができる。   Thus, even if the wave plate array WPA is configured as shown in FIG. 9, a hologram including a plurality of holograms having different phase shift amounts can be recorded by one imaging.

〔実施形態7〕
本実施形態では、撮像装置12eのさらに他の構成について説明する。本実施形態のデジタルホログラフィ装置は、実施形態4の構成と同じである。ただし、偏光素子LPの構成が、実施形態4とは異なる。
[Embodiment 7]
In the present embodiment, still another configuration of the imaging device 12e will be described. The digital holography apparatus of this embodiment has the same configuration as that of the fourth embodiment. However, the configuration of the polarizing element LP is different from that of the fourth embodiment.

図10は、波長板アレイWPA、偏光素子LP、および撮像面12fの関係を示す模式図である。   FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between the wave plate array WPA, the polarizing element LP, and the imaging surface 12f.

波長板アレイWPAは、複数のセルA〜Dが2次元に周期的に配列したアレイである。図には、波長板アレイWPAの各セルの低速軸の方向を矢印で図示する。波長板アレイWPAの構成は、実施形態4と同じである。そのため、波長板アレイWPAによって生じる位相の遅れも実施形態4と同じである。   The wave plate array WPA is an array in which a plurality of cells A to D are periodically arranged in two dimensions. In the figure, the direction of the slow axis of each cell of the wave plate array WPA is indicated by an arrow. The configuration of the wave plate array WPA is the same as that of the fourth embodiment. Therefore, the phase delay caused by the wave plate array WPA is the same as that in the fourth embodiment.

本実施形態では、偏光素子LPは、複数の偏光子A”〜D”が2次元に周期的に配列した偏光子アレイである。各偏光子のA”〜D”の透過軸方向を矢印で図示する。偏光子A”・D”の透過軸は、水平方向に対して45°傾いている。一方、偏光子B”・C”の透過軸は、垂直方向に対して45°傾いており、偏光子A”・D”の透過軸に対して直交している。   In the present embodiment, the polarizing element LP is a polarizer array in which a plurality of polarizers A ″ to D ″ are periodically arranged in two dimensions. The direction of transmission axis A ″ to D ″ of each polarizer is shown by arrows. The transmission axes of the polarizers A ″ and D ″ are inclined 45 ° with respect to the horizontal direction. On the other hand, the transmission axes of the polarizers B ″ and C ″ are inclined by 45 ° with respect to the vertical direction, and are orthogonal to the transmission axes of the polarizers A ″ and D ″.

画素A’・D’にそれぞれ対応する、波長板アレイWPAのセルA・Dおよび偏光子A”・D”の構成は、実施形態4と同じである。そのため、波長板アレイWPAの複数のセルAに対応する複数の画素A’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が0である第1ホログラムH1を撮像する。波長板アレイWPAの複数のセルDに対応する複数の画素D’は、波長λ1の位相シフト量がπ/2で波長λ2の位相シフト量が0である第4ホログラムH4を撮像する。   The configurations of the cells A and D and the polarizers A "and D" of the wave plate array WPA respectively corresponding to the pixels A 'and D' are the same as those in the fourth embodiment. Therefore, the plurality of pixels A ′ corresponding to the plurality of cells A of the wavelength plate array WPA image the first hologram H1 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is 0. The plurality of pixels D ′ corresponding to the plurality of cells D of the wavelength plate array WPA image the fourth hologram H4 in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is π / 2 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero.

偏光子B”・C”の透過軸は、実施形態4の透過軸に比べて、垂直になっている。そのため、偏光子B”・C”を通過した後の参照光の位相の遅れは、反対になっている。それゆえ、波長板アレイWPAの複数のセルBに対応する複数の画素B’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が−π/2である第2ホログラムH2’を撮像する。波長板アレイWPAの複数のセルCに対応する複数の画素C’は、波長λ1の位相シフト量が0で波長λ2の位相シフト量が−πである第3ホログラムH3’を撮像する。   The transmission axes of the polarizers B ″ and C ″ are perpendicular to the transmission axis of the fourth embodiment. For this reason, the phase delay of the reference light after passing through the polarizers B ″ and C ″ is opposite. Therefore, the plurality of pixels B ′ corresponding to the plurality of cells B of the wavelength plate array WPA have the second hologram H2 ′ in which the phase shift amount of the wavelength λ1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is −π / 2. Take an image. The plurality of pixels C ′ corresponding to the plurality of cells C of the wavelength plate array WPA image the third hologram H <b> 3 ′ in which the phase shift amount of the wavelength λ <b> 1 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ <b> 2 is −π.

このように、位相シフト量を、波長板アレイWPAだけでなく、偏光子アレイである偏光素子LPによって調節することもできる。   Thus, the phase shift amount can be adjusted not only by the wave plate array WPA but also by the polarizing element LP which is a polarizer array.

〔シミュレーション1〕
本発明の実施形態1に基づくホログラムの記録および再生のシミュレーション結果について説明する。ここでは、図1に示すデジタルホログラフィ装置1を使用すると仮定する。すなわち、4種類のホログラムは、4回の撮像によって逐次記録される。
[Simulation 1]
A simulation result of hologram recording and reproduction based on Embodiment 1 of the present invention will be described. Here, it is assumed that the digital holography apparatus 1 shown in FIG. 1 is used. That is, the four types of holograms are sequentially recorded by four times of imaging.

シミュレーションの条件は以下の通りである。λ1=632.8nm、λ2=532nmである。撮像装置の画素数は512(横)×512(縦)、画素ピッチは縦横共に5μmである。被写体13と撮像面との間の距離は0.2mである。モノクロの撮像装置12が検出可能な階調数を8bits(階調数256)〜12bits(階調数4096)まで変えて複数のシミュレーションを行った。   The simulation conditions are as follows. λ1 = 632.8 nm and λ2 = 532 nm. The number of pixels of the imaging device is 512 (horizontal) × 512 (vertical), and the pixel pitch is 5 μm in both vertical and horizontal directions. The distance between the subject 13 and the imaging surface is 0.2 m. A plurality of simulations were performed by changing the number of gradations that can be detected by the monochrome imaging device 12 from 8 bits (gradation number 256) to 12 bits (gradation number 4096).

図11は、シミュレーションに用いる被写体の像および記録されたホログラムを示す図である。図11には、被写体の振幅(波長λ1および波長λ2の明暗)と、被写体の位相(被写体の3次元形状)と、記録されるホログラム(モノクロ)の一例とを示す。被写体の位相は、撮像装置12から見た奥行き方向の被写体の形状を表す。図11に示す被写体の位相において、明るい箇所は撮像装置12に近く、暗い箇所は撮像装置12から遠いことを示す。ホログラムにおける明暗は干渉縞の強度を示す。   FIG. 11 is a diagram showing an image of a subject and a recorded hologram used for simulation. FIG. 11 shows the amplitude of the subject (brightness and darkness of the wavelengths λ1 and λ2), the phase of the subject (three-dimensional shape of the subject), and an example of a recorded hologram (monochrome). The phase of the subject represents the shape of the subject in the depth direction as viewed from the imaging device 12. In the phase of the subject shown in FIG. 11, a bright spot is close to the imaging device 12, and a dark spot is far from the imaging device 12. The light and darkness in the hologram indicates the intensity of the interference fringes.

上記の条件の下、計算機によって、物体光と参照光とが撮像面に形成するホログラムを記録し、再生像を計算するシミュレーションを行った。なお、ホログラムの記録も計算機によるシミュレーションによって行っている。   Under the above conditions, a simulation was performed in which a computer recorded a hologram formed on the imaging surface by the object light and the reference light, and calculated a reproduced image. Hologram recording is also performed by computer simulation.

図12は、波長λ1に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。図12の(a)は、波長λ1における被写体の明暗を表す。図12の(b)は、撮像装置12の階調数が8bits(階調数256)と仮定した場合の、波長λ1の再生像を示す。図12の(c)は、撮像装置12の階調数が10bits(階調数1024)と仮定した場合の、波長λ1の再生像を示す。図12の(d)は、撮像装置12の階調数が12bits(階調数4096)と仮定した場合の、波長λ1の再生像を示す。   FIG. 12 is a diagram illustrating an object image and a reproduced image used in the simulation with respect to the wavelength λ1. FIG. 12A shows the brightness of the subject at the wavelength λ1. FIG. 12B shows a reconstructed image having the wavelength λ1 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 8 bits (the number of gradations 256). FIG. 12C shows a reconstructed image having the wavelength λ1 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 10 bits (number of gradations 1024). FIG. 12D shows a reconstructed image having the wavelength λ1 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 12 bits (gradation number 4096).

図13は、波長λ2に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。図13の(a)は、波長λ2における被写体の明暗を表す。図13の(b)は、撮像装置12の階調数が8bits(階調数256)と仮定した場合の、波長λ2の再生像を示す。図13の(c)は、撮像装置12の階調数が10bits(階調数1024)と仮定した場合の、波長λ2の再生像を示す。図13の(d)は、撮像装置12の階調数が12bits(階調数4096)と仮定した場合の、波長λ2の再生像を示す。   FIG. 13 is a diagram showing an image of a subject and a reproduced image used for simulation with respect to the wavelength λ2. FIG. 13A shows the brightness of the subject at the wavelength λ2. FIG. 13B shows a reconstructed image having the wavelength λ2 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 8 bits (the number of gradations 256). FIG. 13C shows a reconstructed image having the wavelength λ2 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 10 bits (number of gradations 1024). FIG. 13D shows a reconstructed image with a wavelength λ2 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 12 bits (number of gradations 4096).

図12および図13に示すように、モノクロの撮像装置12で記録された4つのホログラムを用いて、波長毎に被写体の明暗を精度よく再現することができる。これらの再生像ではゴーストが発生していないことが分かる。なお、波長λ1の再生像と波長λ2の再生像とを色合成すれば、多色の再生像が得られる。   As shown in FIGS. 12 and 13, the brightness and darkness of the subject can be accurately reproduced for each wavelength by using four holograms recorded by the monochrome imaging device 12. It can be seen that no ghost occurs in these reproduced images. It should be noted that a multicolor reproduction image can be obtained by color-combining the reproduction image having the wavelength λ1 and the reproduction image having the wavelength λ2.

〔シミュレーション2〕
本発明の実施形態4に基づくホログラムの記録および再生のシミュレーション結果について説明する。ここでは、図5に示すデジタルホログラフィ装置4を使用すると仮定する。すなわち、4種類のホログラムは、1回の撮像によって並列に記録される。
[Simulation 2]
A simulation result of hologram recording and reproduction based on Embodiment 4 of the present invention will be described. Here, it is assumed that the digital holography device 4 shown in FIG. 5 is used. That is, four types of holograms are recorded in parallel by one imaging.

シミュレーションの条件および被写体は、上述のシミュレーション1と同じである。以下にシミュレーション2によって計算された再生像について説明する。   The simulation conditions and the subject are the same as in the simulation 1 described above. The reproduced image calculated by simulation 2 will be described below.

図14は、波長λ1に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。図14の(a)は、波長λ1における被写体の明暗を表す。図14の(b)は、撮像装置12の階調数が8bits(階調数256)と仮定した場合の、波長λ1の再生像を示す。図14の(c)は、撮像装置12の階調数が10bits(階調数1024)と仮定した場合の、波長λ1の再生像を示す。図14の(d)は、撮像装置12の階調数が12bits(階調数4096)と仮定した場合の、波長λ1の再生像を示す。   FIG. 14 is a diagram illustrating an object image and a reproduced image used in the simulation with respect to the wavelength λ1. FIG. 14A shows the brightness of the subject at the wavelength λ1. FIG. 14B shows a reconstructed image of wavelength λ1 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 8 bits (gradation number 256). FIG. 14C shows a reproduced image having the wavelength λ1 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 10 bits (number of gradations 1024). FIG. 14D shows a reproduced image having the wavelength λ1 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 12 bits (number of gradations 4096).

図15は、波長λ2に関する、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。図15の(a)は、波長λ2における被写体の明暗を表す。図15の(b)は、撮像装置12の階調数が8bits(階調数256)と仮定した場合の、波長λ2の再生像を示す。図15の(c)は、撮像装置12の階調数が10bits(階調数1024)と仮定した場合の、波長λ2の再生像を示す。図15の(d)は、撮像装置12の階調数が12bits(階調数4096)と仮定した場合の、波長λ2の再生像を示す。   FIG. 15 is a diagram illustrating an object image and a reproduced image used in the simulation with respect to the wavelength λ2. FIG. 15A shows the brightness of the subject at the wavelength λ2. FIG. 15B shows a reproduced image having a wavelength λ2 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 8 bits (the number of gradations 256). FIG. 15C shows a reconstructed image having the wavelength λ2 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 10 bits (number of gradations 1024). FIG. 15D shows a reconstructed image having the wavelength λ2 when the number of gradations of the imaging device 12 is assumed to be 12 bits (number of gradations 4096).

図14および図15に示すように、モノクロの撮像装置12eで記録された1つのホログラムを用いて、波長毎に被写体の明暗を精度よく再現することができる。ただし、シミュレーション1に比べてホログラムの画素数が実質的に1/4になるので、シミュレーション1のように逐次複数回の撮像を行う方が、画質はよい。ただし、被写体が動く(または振動する)場合、1回の撮像で並列にホログラムを記録する形態(シミュレーション2に対応)の方が適している場合がある。   As shown in FIGS. 14 and 15, the brightness of the subject can be accurately reproduced for each wavelength by using one hologram recorded by the monochrome imaging device 12e. However, since the number of pixels of the hologram is substantially ¼ as compared with the simulation 1, the image quality is better when the imaging is sequentially performed a plurality of times as in the simulation 1. However, when the subject moves (or vibrates), the form of recording holograms in parallel by one imaging (corresponding to simulation 2) may be more suitable.

〔実施形態8〕
本実施形態では、波長板の代わりにピエゾ素子を用いて位相シフト量を変化させる点が実施形態1と異なる。本実施形態では、5種類のホログラムが、5回の撮像によって逐次記録される。
[Embodiment 8]
The present embodiment is different from the first embodiment in that the phase shift amount is changed using a piezo element instead of the wave plate. In this embodiment, five types of holograms are sequentially recorded by five imaging operations.

図16は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置5の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置5は、記録装置23を備える。実施形態1とは異なり、記録装置23は、波長板WP1〜WP3の代わりに、ビームスプリッタBS4、ミラーM3、およびピエゾ素子PZTを備える。ミラーM3はピエゾ素子PZTによって支持されている。ミラーM3は、ピエゾ素子PZTによって、参照光の光路に垂直な方向に変位可能である。すなわち、本実施形態では、参照光の光路長を調整することができる。   FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration of the digital holography device 5 of the present embodiment. The digital holography device 5 includes a recording device 23. Unlike Embodiment 1, the recording apparatus 23 includes a beam splitter BS4, a mirror M3, and a piezo element PZT instead of the wave plates WP1 to WP3. The mirror M3 is supported by the piezo element PZT. The mirror M3 can be displaced in a direction perpendicular to the optical path of the reference light by the piezo element PZT. That is, in this embodiment, the optical path length of the reference light can be adjusted.

波長λ1・λ2毎に、物体光および参照光の偏光方向は一致している。ただし、波長λ1の光の偏光方向と波長λ2の光の偏光方向とが一致している必要はない。   The polarization directions of the object light and the reference light are the same for each of the wavelengths λ1 and λ2. However, the polarization direction of the light with the wavelength λ1 and the polarization direction of the light with the wavelength λ2 do not have to coincide with each other.

最初にビームスプリッタBS4を通過した参照光は、ミラーM3によって反射される。ミラーM3で反射された参照光は、ビームスプリッタBS4で反射され、撮像装置12に入射する。   The reference light that first passes through the beam splitter BS4 is reflected by the mirror M3. The reference light reflected by the mirror M3 is reflected by the beam splitter BS4 and enters the imaging device 12.

(ホログラムの記録)
本実施形態のデジタルホログラフィ装置5では、ピエゾ素子PZTを駆動してミラーM3の位置を変えて、5回の撮像を行う。すなわち、撮像装置12は、参照光の位相状態が異なる5種類のホログラムを逐次記録する。なお、撮像装置12は、各波長の参照光の強度分布を記録するために、物体光が遮られた状態で、波長λ1の参照光および波長λ2の参照光をそれぞれ撮像しておく。
(Recording hologram)
In the digital holography device 5 of the present embodiment, the piezo element PZT is driven to change the position of the mirror M3, and imaging is performed five times. That is, the imaging device 12 sequentially records five types of holograms having different reference light phase states. In order to record the intensity distribution of the reference light of each wavelength, the imaging device 12 images the reference light of the wavelength λ1 and the reference light of the wavelength λ2 in a state where the object light is blocked.

ミラーM3のある位置を基準として、ミラーM3の変位量を0[nm]、±λ1/2[nm]、±λ2/2[nm]に変化させる。例えば、波長λ1が532nmであり、波長λ2が640nmである場合、ミラーM3の変位量を0[nm]、±266[nm]、±320[nm]に変化させる。なお、参照光の光路が長くなる方を、正(+)方向の変位とする。   The displacement of the mirror M3 is changed to 0 [nm], ± λ1 / 2 [nm], and ± λ2 / 2 [nm] with a certain position of the mirror M3 as a reference. For example, when the wavelength λ1 is 532 nm and the wavelength λ2 is 640 nm, the displacement amount of the mirror M3 is changed to 0 [nm], ± 266 [nm], and ± 320 [nm]. In addition, the direction in which the optical path of the reference light becomes longer is defined as displacement in the positive (+) direction.

第1状態では、ミラーM3の変位量は0[nm]である。第1状態における物体光と参照光との位相の関係を基準とし、物体光の位相に対する参照光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義する。   In the first state, the displacement amount of the mirror M3 is 0 [nm]. Based on the phase relationship between the object light and the reference light in the first state, the phase delay or advance of the reference light with respect to the phase of the object light is defined as a phase shift amount.

第1状態においては、波長λ1・λ2共に位相シフト量は0である。第1状態において記録されるホログラムを第1ホログラムとする。   In the first state, the phase shift amount is 0 for both wavelengths λ1 and λ2. A hologram recorded in the first state is defined as a first hologram.

第2状態では、ミラーM3の変位量は+λ1/2[nm]である。往復分の光路長の変化はλ1であるため、波長λ1の参照光は2πだけ位相がずれる。すなわち波長λ1の位相シフト量は0である。一方、波長λ2の位相シフト量は、(λ1/λ2)×2πである。第2状態において記録されるホログラムを第2ホログラムとする。   In the second state, the displacement amount of the mirror M3 is + λ1 / 2 [nm]. Since the change in the optical path length for the round trip is λ1, the phase of the reference light having the wavelength λ1 is shifted by 2π. That is, the phase shift amount of the wavelength λ1 is zero. On the other hand, the phase shift amount of the wavelength λ2 is (λ1 / λ2) × 2π. The hologram recorded in the second state is referred to as a second hologram.

第3状態では、ミラーM3の変位量は−λ1/2[nm]である。波長λ1の参照光は2πだけ位相がずれる。すなわち波長λ1の位相シフト量は0である。一方、波長λ2の位相シフト量は、−(λ1/λ2)×2πである。第3状態において記録されるホログラムを第3ホログラムとする。   In the third state, the displacement amount of the mirror M3 is −λ1 / 2 [nm]. The reference light of wavelength λ1 is out of phase by 2π. That is, the phase shift amount of the wavelength λ1 is zero. On the other hand, the phase shift amount of the wavelength λ2 is − (λ1 / λ2) × 2π. The hologram recorded in the third state is referred to as a third hologram.

第4状態では、ミラーM3の変位量はλ2/2[nm]である。波長λ2の参照光は2πだけ位相がずれる。すなわち波長λ2の位相シフト量は0である。一方、波長λ1の位相シフト量は、(λ2/λ1)×2πである。第4状態において記録されるホログラムを第4ホログラムとする。   In the fourth state, the displacement amount of the mirror M3 is λ2 / 2 [nm]. The reference light of wavelength λ2 is out of phase by 2π. That is, the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero. On the other hand, the phase shift amount of the wavelength λ1 is (λ2 / λ1) × 2π. The hologram recorded in the fourth state is referred to as a fourth hologram.

第5状態では、ミラーM3の変位量は−λ2/2[nm]である。波長λ2の参照光は2πだけ位相がずれる。すなわち波長λ2の位相シフト量は0である。一方、波長λ1の位相シフト量は、−(λ2/λ1)×2πである。第5状態において記録されるホログラムを第5ホログラムとする。   In the fifth state, the displacement amount of the mirror M3 is −λ2 / 2 [nm]. The reference light of wavelength λ2 is out of phase by 2π. That is, the phase shift amount of the wavelength λ2 is zero. On the other hand, the phase shift amount of the wavelength λ1 is − (λ2 / λ1) × 2π. The hologram recorded in the fifth state is referred to as a fifth hologram.

第1〜第3ホログラムにおいては、波長λ1の位相シフト量は同じで、波長λ2についてのみ、それぞれ位相シフト量が異なる。一方、第1ホログラム、第4ホログラム、および第5ホログラムにおいては、波長λ2の位相シフト量は同じで、波長λ1についてのみ、それぞれ位相シフト量が異なる。   In the first to third holograms, the phase shift amount of the wavelength λ1 is the same, and the phase shift amount is different only for the wavelength λ2. On the other hand, in the first hologram, the fourth hologram, and the fifth hologram, the phase shift amount of the wavelength λ2 is the same, and the phase shift amount is different only for the wavelength λ1.

そのため、実施形態1と同様に、第1〜第3ホログラムを用いて、波長λ2の物体光の振幅および位相を求めることができる。同様に、第1ホログラム、第4ホログラム、および第5ホログラムを用いて、波長λ1の物体光の振幅および位相を求めることができる。本実施形態では、波長λ1の物体光の振幅および位相を3つのホログラム(第1、第4、第5ホログラム)から求めることができるので、2段階位相シフト法を利用する必要がない。そのため、例えば物体光の強度が参照光の強度より大きい場合にも好適に適用することができる。   Therefore, similarly to the first embodiment, the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ <b> 2 can be obtained using the first to third holograms. Similarly, the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ1 can be obtained using the first hologram, the fourth hologram, and the fifth hologram. In the present embodiment, since the amplitude and phase of the object light having the wavelength λ1 can be obtained from three holograms (first, fourth, and fifth holograms), it is not necessary to use the two-stage phase shift method. For this reason, for example, the present invention can be suitably applied even when the intensity of the object light is larger than the intensity of the reference light.

(実施形態8の変形例)
以上では複数の波長を用いる場合について説明したが、本発明は、複数の偏光を用いるデジタルホログラフィ装置にも適用することができる。
(Modification of Embodiment 8)
Although the case where a plurality of wavelengths are used has been described above, the present invention can also be applied to a digital holography device using a plurality of polarized lights.

同じ波長の参照光と物体光とは互いに干渉可能であり、異なる波長の参照光と物体光とは互いに干渉しない。同じように、同じ偏光方向の参照光と物体光とは互いに干渉可能であり、異なる(直交する)偏光方向の参照光と物体光とは互いに干渉しない。   Reference light and object light having the same wavelength can interfere with each other, and reference light and object light having different wavelengths do not interfere with each other. Similarly, reference light and object light having the same polarization direction can interfere with each other, and reference light and object light having different (orthogonal) polarization directions do not interfere with each other.

そのため、上述の実施形態で説明した波長λ1および波長λ2を、第1偏光および第2偏光に置き換えることができる。第1偏光および第2偏光は、偏光方向が互いに直交する直線偏光である。   Therefore, the wavelength λ1 and the wavelength λ2 described in the above embodiment can be replaced with the first polarization and the second polarization. The first polarized light and the second polarized light are linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other.

この場合、光源として、第1偏光(垂直偏光)および第2偏光(水平偏光)を含む、偏光方向が斜め45°の直線偏光のレーザ光を出射する1つのレーザ光源を用いることができる。例えば図16に示すビームスプリッタBS4で、第1偏光の参照光と第2偏光の参照光とを分離する。それぞれの参照光の経路に、ミラーM3およびピエゾ素子PZTを配置すれば、第1偏光の参照光および第2偏光の参照光のそれぞれの位相シフト量を個別に調整することができる。第1偏光の参照光および第2偏光の参照光を、ビームスプリッタBS4または他のビームスプリッタによって再び同じ経路に合成することができる。第1偏光の参照光、第2偏光の参照光、第1偏光の物体光、および第2偏光の物体光は、撮像面上でホログラムを形成する。すなわち、上記の第1ホログラム〜第5ホログラムを、5回の撮像によって記録することができる。   In this case, as the light source, one laser light source that emits linearly polarized laser light having a polarization direction of 45 ° obliquely, including the first polarized light (vertical polarized light) and the second polarized light (horizontal polarized light) can be used. For example, the first polarized reference light and the second polarized reference light are separated by the beam splitter BS4 shown in FIG. If the mirror M3 and the piezo element PZT are disposed in each reference light path, the respective phase shift amounts of the first polarized reference light and the second polarized reference light can be individually adjusted. The reference light of the first polarization and the reference light of the second polarization can be combined again in the same path by the beam splitter BS4 or another beam splitter. The first polarized reference light, the second polarized reference light, the first polarized object light, and the second polarized object light form a hologram on the imaging surface. That is, the first to fifth holograms can be recorded by imaging five times.

波長が偏光方向に置き換わっただけで、複数のホログラムからそれぞれの偏光方向の再生像を求める手順は、上述の実施形態と同じである。   The procedure for obtaining a reproduction image in each polarization direction from a plurality of holograms only by replacing the wavelength with the polarization direction is the same as that in the above-described embodiment.

これによれば、偏光分離機能を有しない撮像装置を用いて得られた複数のホログラムから、それぞれの偏光方向の再生像を個別に再生することができる。ホログラムの記録枚数を減らせるために、計測時間の短縮の効果が期待できる。   According to this, it is possible to individually reproduce the reproduction images in the respective polarization directions from the plurality of holograms obtained by using the imaging device having no polarization separation function. Since the number of recorded holograms can be reduced, the effect of shortening the measurement time can be expected.

〔シミュレーション3〕
本発明の実施形態8に基づくホログラムの記録および再生のシミュレーション結果について説明する。ここでは、図16に示すデジタルホログラフィ装置5を使用すると仮定する。ここでは、5種類のホログラムが、5回の撮像によって逐次記録される。
[Simulation 3]
A simulation result of hologram recording and reproduction based on Embodiment 8 of the present invention will be described. Here, it is assumed that the digital holography device 5 shown in FIG. 16 is used. Here, five types of holograms are sequentially recorded by five imaging operations.

シミュレーションの条件は以下の通りである。λ1=532nm、λ2=640nmである。撮像装置の画素数は512(横)×512(縦)、画素ピッチは縦横共に5μmである。被写体13と撮像面との間の距離は0.2mである。モノクロの撮像装置12が検出可能な階調数は10bits(階調数1024)である。   The simulation conditions are as follows. λ1 = 532 nm and λ2 = 640 nm. The number of pixels of the imaging device is 512 (horizontal) × 512 (vertical), and the pixel pitch is 5 μm in both vertical and horizontal directions. The distance between the subject 13 and the imaging surface is 0.2 m. The number of gradations that can be detected by the monochrome imaging device 12 is 10 bits (the number of gradations 1024).

図17は、シミュレーションに用いる被写体の像および再生像を示す図である。図17の(a)は、被写体の振幅(波長λ1および波長λ2の明暗)を示す。図17の(b)は、被写体の位相分布(被写体の3次元形状)を示す。被写体の位相は、撮像装置12から見た奥行き方向の被写体の形状を表す。図17に示す被写体の位相において、明るい箇所は撮像装置12に近く、暗い箇所は撮像装置12から遠いことを示す。図17の(c)は、波長λ1についての被写体の振幅を示す。図17の(d)は、波長λ2についての被写体の振幅を示す。図17の(e)は、波長λ1の再生像を示す。図17の(f)は、波長λ2の再生像を示す。図17の(g)は、(e)および(f)の再生像を色合成した像を示す。   FIG. 17 is a diagram showing a subject image and a reproduced image used in the simulation. FIG. 17A shows the amplitude of the subject (brightness of wavelengths λ1 and λ2). FIG. 17B shows the phase distribution of the subject (three-dimensional shape of the subject). The phase of the subject represents the shape of the subject in the depth direction as viewed from the imaging device 12. In the phase of the subject shown in FIG. 17, a bright part is close to the imaging device 12, and a dark part is far from the imaging device 12. FIG. 17C shows the amplitude of the subject for the wavelength λ1. FIG. 17D shows the amplitude of the subject for the wavelength λ2. FIG. 17E shows a reproduced image having the wavelength λ1. FIG. 17 (f) shows a reconstructed image of wavelength λ2. FIG. 17 (g) shows an image obtained by color synthesis of the reproduced images of (e) and (f).

図17に示すように、モノクロの撮像装置12で記録された5つのホログラムを用いて、波長毎に被写体の明暗を精度よく再現することができる。また、図17の(a)に示す被写体と、図17の(g)に示す色合成された再生像を比べても、色のバランスが保たれていることから、各波長の再生像が精度よく再生されていることが分かる。   As shown in FIG. 17, using the five holograms recorded by the monochrome imaging device 12, the brightness of the subject can be accurately reproduced for each wavelength. Also, even when the subject shown in FIG. 17A and the color-combined reproduced image shown in FIG. 17G are compared, the color balance is maintained, so that the reproduced image of each wavelength is accurate. You can see that it is playing well.

〔実施形態9〕
本実施形態では、3つの波長の光を用いる点が実施形態8と異なる。本実施形態では、7種類のホログラムが、7回の撮像によって逐次記録される。
[Embodiment 9]
This embodiment is different from the eighth embodiment in that light of three wavelengths is used. In the present embodiment, seven types of holograms are sequentially recorded by seven imaging operations.

図18は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置6の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置6は、記録装置24を備える。実施形態8とは異なり、記録装置24は、波長λ3のレーザ光源LS3、ビームスプリッタBS6を備える。波長λ3は、波長λ1・λ2とは異なる。   FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of the digital holography device 6 of the present embodiment. The digital holography device 6 includes a recording device 24. Unlike the eighth embodiment, the recording device 24 includes a laser light source LS3 having a wavelength λ3 and a beam splitter BS6. The wavelength λ3 is different from the wavelengths λ1 and λ2.

ミラーM3は、ピエゾ素子PZTによって、参照光の光路に垂直な方向に変位可能である。すなわち、本実施形態では、参照光の光路長を調整することができる。波長λ1・λ2・λ3毎に、物体光および参照光の偏光方向は一致している。ただし、波長が異なる光の偏光方向が互いに一致している必要はない。   The mirror M3 can be displaced in a direction perpendicular to the optical path of the reference light by the piezo element PZT. That is, in this embodiment, the optical path length of the reference light can be adjusted. The polarization directions of the object light and the reference light are the same for each of the wavelengths λ1, λ2, and λ3. However, the polarization directions of light having different wavelengths do not have to coincide with each other.

レーザ光源LS1〜LS3から出射された3つの波長λ1〜λ3のレーザ光は、ミラーM1、ビームスプリッタBS1・BS6によって同じ経路に合成される。3つの波長λ1〜λ3のレーザ光は、他の実施形態と同様に、ビームスプリッタBS2によって物体照明光および参照光に分けられる。ここでは、物体照明光が被写体13に照射され、被写体13の反射光が物体光としてモノクロの撮像装置12に入射する。   The laser beams having the three wavelengths λ1 to λ3 emitted from the laser light sources LS1 to LS3 are combined in the same path by the mirror M1 and the beam splitters BS1 and BS6. The laser beams having the three wavelengths λ1 to λ3 are divided into object illumination light and reference light by the beam splitter BS2 as in the other embodiments. Here, the object illumination light is irradiated onto the subject 13, and the reflected light of the subject 13 enters the monochrome imaging device 12 as object light.

(ホログラムの記録)
本実施形態のデジタルホログラフィ装置6では、ピエゾ素子PZTを駆動してミラーM3の位置を変えて、7回の撮像を行う。すなわち、撮像装置12は、参照光の位相状態が異なる7種類のホログラムを逐次記録する。
(Recording hologram)
In the digital holography device 6 of the present embodiment, the piezo element PZT is driven to change the position of the mirror M3, and imaging is performed seven times. That is, the imaging device 12 sequentially records seven types of holograms having different reference light phase states.

第1状態では、ミラーM3の変位量は0[nm]である。第1状態における物体光と参照光との位相の関係を基準とし、物体光の位相に対する参照光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義する。   In the first state, the displacement amount of the mirror M3 is 0 [nm]. Based on the phase relationship between the object light and the reference light in the first state, the phase delay or advance of the reference light with respect to the phase of the object light is defined as a phase shift amount.

第1状態においては、波長λ1・λ2・λ3共に位相シフト量は0である。第1状態において記録されるホログラムを第1ホログラムとする。第1ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(0、0、0)とする。括弧の中の値は、位相シフト量を表す。   In the first state, the phase shift amount is zero for the wavelengths λ1, λ2, and λ3. A hologram recorded in the first state is defined as a first hologram. Let the pixel value at the pixel (x, y) of the first hologram be I (0, 0, 0). The value in parentheses represents the phase shift amount.

第2状態では、ミラーM3を変位させ、波長λ2・λ3において参照光の位相がそれぞれ2πL、2πSだけずれるようにする。ここで、L、Sはそれぞれ整数である。例えば、Lは、λ2とλ3との最小公倍数をλ2で割った値とすることができ、Sは、λ2とλ3との最小公倍数をλ3で割った値とすることができる。位相のずれが2πの整数倍であるので、波長λ2・λ3の位相シフト量は0である。このときの波長λ1の位相シフト量をα1とする。α1≠2π、πである。第2状態において記録されるホログラムを第2ホログラムとする。第2ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(α1、0、0)とする。   In the second state, the mirror M3 is displaced so that the phase of the reference light is shifted by 2πL and 2πS at the wavelengths λ2 and λ3, respectively. Here, L and S are integers. For example, L can be a value obtained by dividing the least common multiple of λ2 and λ3 by λ2, and S can be a value obtained by dividing the least common multiple of λ2 and λ3 by λ3. Since the phase shift is an integral multiple of 2π, the phase shift amount of the wavelengths λ2 and λ3 is zero. The phase shift amount of the wavelength λ1 at this time is α1. α1 ≠ 2π, π. The hologram recorded in the second state is referred to as a second hologram. Let the pixel value at the pixel (x, y) of the second hologram be I (α1, 0, 0).

第3状態では、ミラーM3を逆側に変位させ、波長λ2・λ3において参照光の位相がそれぞれ−2πL、−2πSだけずれるようにする。すなわち波長λ2・λ3の位相シフト量は0である。このときの波長λ1の位相シフト量は−α1である。第3状態において記録されるホログラムを第3ホログラムとする。第3ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(−α1、0、0)とする。   In the third state, the mirror M3 is displaced to the opposite side so that the phase of the reference light is shifted by −2πL and −2πS at the wavelengths λ2 and λ3, respectively. That is, the phase shift amount of the wavelengths λ2 and λ3 is zero. At this time, the phase shift amount of the wavelength λ1 is −α1. The hologram recorded in the third state is referred to as a third hologram. The pixel value at the pixel (x, y) of the third hologram is assumed to be I (−α1, 0, 0).

第4状態では、ミラーM3を変位させ、波長λ1・λ3において参照光の位相がそれぞれ2πの整数倍だけずれるようにする。位相のずれが2πの整数倍であるので、波長λ1・λ3の位相シフト量は0である。このときの波長λ2の位相シフト量をα2とする。α2≠2π、πである。第4状態において記録されるホログラムを第4ホログラムとする。第4ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(0、α2、0)とする。   In the fourth state, the mirror M3 is displaced so that the phase of the reference light is shifted by an integral multiple of 2π at wavelengths λ1 and λ3. Since the phase shift is an integral multiple of 2π, the phase shift amount of the wavelengths λ1 and λ3 is zero. The phase shift amount of the wavelength λ2 at this time is α2. α2 ≠ 2π, π. The hologram recorded in the fourth state is referred to as a fourth hologram. Let the pixel value at the pixel (x, y) of the fourth hologram be I (0, α2, 0).

第5状態では、ミラーM3を逆側に変位させ、波長λ1・λ3の位相シフト量が0、波長λ2の位相シフト量が−α2となるようにする。第5状態において記録されるホログラムを第5ホログラムとする。第5ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(0、−α2、0)とする。   In the fifth state, the mirror M3 is displaced to the opposite side so that the phase shift amount of the wavelengths λ1 and λ3 is 0 and the phase shift amount of the wavelength λ2 is −α2. The hologram recorded in the fifth state is referred to as a fifth hologram. Let the pixel value at the pixel (x, y) of the fifth hologram be I (0, −α2, 0).

第6状態では、同様にミラーM3を変位させ、波長λ1・λ2の位相シフト量が0、波長λ3の位相シフト量がα3となるようにする。第6状態において記録されるホログラムを第6ホログラムとする。第6ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(0、0、α3)とする。   In the sixth state, the mirror M3 is similarly displaced so that the phase shift amounts of the wavelengths λ1 and λ2 are 0 and the phase shift amount of the wavelength λ3 is α3. The hologram recorded in the sixth state is referred to as a sixth hologram. Let the pixel value at the pixel (x, y) of the sixth hologram be I (0, 0, α3).

第7状態では、同様にミラーM3を逆側に変位させ、波長λ1・λ2の位相シフト量が0、波長λ3の位相シフト量が−α3となるようにする。第7状態において記録されるホログラムを第7ホログラムとする。第7ホログラムの画素(x、y)における画素値をI(0、0、−α3)とする。   In the seventh state, the mirror M3 is similarly displaced to the opposite side so that the phase shift amounts of the wavelengths λ1 and λ2 are 0 and the phase shift amount of the wavelength λ3 is −α3. The hologram recorded in the seventh state is referred to as a seventh hologram. Let the pixel value at the pixel (x, y) of the seventh hologram be I (0, 0, −α3).

(再生方法)
波長λ1、λ2、λ3の位相シフト量をそれぞれα1、α2、α3とすると、撮像されたホログラムの画素(x、y)における画素値I(α1、α2、α3)の一般式は式(19)になる。ここで、0thλ1は波長λ1の0次回折光の強度であり、Uλ1(x、y)は、座標(x、y)における物体光の複素振幅である。波長λ2・λ3についても同様である。式(19)から、第1ホログラム〜第7ホログラムを用いて各波長の物体光の複素振幅U(x、y)を表すと、式(20)〜(22)のようになる。
(Playback method)
Assuming that the phase shift amounts of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 are α1, α2, and α3, respectively, the general expression of the pixel value I (α1, α2, α3) in the pixel (x, y) of the imaged hologram is expressed by the equation (19). become. Here, 0th λ1 is the intensity of the 0th-order diffracted light of wavelength λ1, and U λ1 (x, y) is the complex amplitude of the object light at the coordinates (x, y). The same applies to the wavelengths λ2 and λ3. From the equation (19), when the complex amplitude U (x, y) of the object light of each wavelength is expressed using the first to seventh holograms, the equations (20) to (22) are obtained.

波長λ1の物体光の複素振幅Uλ1(x、y)は、3つのホログラム(第1ホログラム〜第3ホログラム)の画素値から求めることができる。ここで各波長の参照光の振幅Arλ1、Arλ2、Arλ3は、あらかじめ参照光のみの強度を記録しておくことで既知となる。なお、各波長の参照光の振幅Arλ1、Arλ2、Arλ3は色(波長)のバランスに関わってくるだけであるので、各波長の参照光の振幅を仮定することによっても各波長の再生像は得ることができる。同様に、波長λ2の物体光の複素振幅Uλ2(x、y)は、3つのホログラム(第1ホログラム、第4ホログラム、第5ホログラム)の画素値から求めることができる。波長λ3の物体光の複素振幅Uλ3(x、y)は、3つのホログラム(第1ホログラム、第6ホログラム、第7ホログラム)の画素値から求めることができる。The complex amplitude U λ1 (x, y) of the object light having the wavelength λ1 can be obtained from the pixel values of three holograms (first hologram to third hologram). Here, the amplitudes Ar λ1 , Ar λ2 , and Ar λ3 of the reference light of each wavelength are known by recording the intensity of only the reference light in advance. Note that the amplitudes Ar λ1 , Ar λ2 , and Ar λ3 of the reference light of each wavelength are only related to the balance of the colors (wavelengths), so that the reproduction of each wavelength can be performed by assuming the amplitude of the reference light of each wavelength. An image can be obtained. Similarly, the complex amplitude U λ2 (x, y) of the object light having the wavelength λ2 can be obtained from the pixel values of three holograms (first hologram, fourth hologram, and fifth hologram). The complex amplitude U λ3 (x, y) of the object light having the wavelength λ3 can be obtained from the pixel values of three holograms (first hologram, sixth hologram, and seventh hologram).

このように、モノクロの撮像装置12で記録された波長数×2+1のホログラムから、各波長の物体光の複素振幅分布(振幅および位相)を求めることもできる。なお、実施形態3のように、波長数×2のホログラムから各波長の物体光の複素振幅分布を求めることもできる。各波長の物体光の複素振幅分布から各波長の再生像を得ることができるので、それらを合成することでカラーの再生像を得ることができる。   In this manner, the complex amplitude distribution (amplitude and phase) of the object light of each wavelength can be obtained from the hologram of the number of wavelengths × 2 + 1 recorded by the monochrome imaging device 12. As in the third embodiment, the complex amplitude distribution of the object light of each wavelength can also be obtained from the hologram having the number of wavelengths × 2. Since a reproduction image of each wavelength can be obtained from the complex amplitude distribution of the object light of each wavelength, a color reproduction image can be obtained by combining them.

なお、レーザ光源を増やして波長数をさらに増やすことも可能である。実施形態3のように記録された少なくとも波長数×2のホログラムから(または実施形態9のように少なくとも波長数×2+1のホログラムから)、各波長の物体光の複素振幅分布を求めることができる。また、例えばレーザ光源LS1・LS2・LS3の代わりに、複数の発振波長数を有する1つのレーザ光源を用いることもできる。   It is also possible to increase the number of wavelengths by increasing the number of laser light sources. From the hologram of at least the number of wavelengths × 2 recorded as in the third embodiment (or from the hologram of at least the number of wavelengths × 2 + 1 as in the ninth embodiment), the complex amplitude distribution of the object light of each wavelength can be obtained. For example, instead of the laser light sources LS1, LS2, and LS3, one laser light source having a plurality of oscillation wavelength numbers can be used.

〔実施形態10〕
本実施形態では、3つの波長の光を用いる点、および、参照光の光路のみに位相差を生じさせるアレイが配置されている点が実施形態4と異なる。本実施形態では、1つの撮像装置で複数種類のホログラムを同時に並列に記録する。
[Embodiment 10]
The present embodiment is different from the fourth embodiment in that light of three wavelengths is used and an array that generates a phase difference only in the optical path of the reference light is arranged. In the present embodiment, a plurality of types of holograms are simultaneously recorded in parallel with a single imaging device.

図19は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置7の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置7は、記録装置25および再生装置11を備える。記録装置25は、実施形態9の記録装置24とは異なり、ビームスプリッタBS4およびピエゾ素子PZTの代わりに、参照光の経路に空間光変調器SLMおよび結像光学系LNを備える。空間光変調器SLMを通過した参照光は、結像光学系LNを通過し、撮像装置12に入射する。   FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of the digital holography device 7 of the present embodiment. The digital holography device 7 includes a recording device 25 and a reproduction device 11. Unlike the recording device 24 of the ninth embodiment, the recording device 25 includes a spatial light modulator SLM and an imaging optical system LN in the path of the reference light instead of the beam splitter BS4 and the piezo element PZT. The reference light that has passed through the spatial light modulator SLM passes through the imaging optical system LN and enters the imaging device 12.

空間光変調器SLMは、2次元に配列した複数のセルを有する。空間光変調器SLMは、例えば7種類のセル(セルA〜G)のセットを複数含む。空間光変調器SLMのセルA〜Gのそれぞれは、特定の波長の参照光に特定の位相のずれを生じさせる。ここでは液晶等の透過型の空間光変調器を用いているが、反射型の空間光変調器を用いることもできる。   The spatial light modulator SLM has a plurality of cells arranged in two dimensions. The spatial light modulator SLM includes, for example, a plurality of sets of seven types of cells (cells A to G). Each of the cells A to G of the spatial light modulator SLM causes a specific phase shift in the reference light having a specific wavelength. Here, a transmissive spatial light modulator such as a liquid crystal is used, but a reflective spatial light modulator can also be used.

結像光学系LNは、複数のレンズ等の光学素子を含み、空間光変調器SLMの各セルを通過した参照光を、撮像装置12の撮像面12fに結像させる。   The imaging optical system LN includes optical elements such as a plurality of lenses, and images the reference light that has passed through each cell of the spatial light modulator SLM on the imaging surface 12 f of the imaging device 12.

(ホログラムの記録)
図20は、撮像面12fの一部の画素を示す模式図である。撮像面12fの各セルA’〜G’は、1つの画素を表す。
(Recording hologram)
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating some pixels of the imaging surface 12f. Each cell A ′ to G ′ on the imaging surface 12f represents one pixel.

空間光変調器SLMのセルA〜Gを通過した光は、それぞれ、対応する画素A’〜G’に入射する。ここでは、同じ種類の画素は、桂馬飛びで周期的に配置されている。ただし、同じ種類の画素は、図20のように周期的な配置になっていなくてもよく、ランダムに分布していてもよい。   The light that has passed through the cells A to G of the spatial light modulator SLM is incident on the corresponding pixels A ′ to G ′, respectively. Here, the same type of pixels are periodically arranged in a jumping manner. However, the same type of pixels may not be periodically arranged as shown in FIG. 20, or may be randomly distributed.

空間光変調器SLMのセルAは、波長λ1・λ2・λ3の参照光については位相を遅らせない。空間光変調器SLMの複数のセルAに対応する複数の画素A’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(0、0、0)である第1ホログラムを撮像する。セルAにおける物体光と参照光との位相の関係を基準とする。   The cell A of the spatial light modulator SLM does not delay the phase of the reference light having the wavelengths λ1, λ2, and λ3. The plurality of pixels A ′ corresponding to the plurality of cells A of the spatial light modulator SLM images the first hologram having the phase shift amounts of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 (0, 0, 0). The phase relationship between the object light and the reference light in the cell A is used as a standard.

空間光変調器SLMのセルBは、波長λ1の参照光については位相をα1遅らせる。ただし、波長λ2・λ3の参照光については位相を遅らせない、もしくは位相の遅れは2πの整数倍である。空間光変調器SLMの複数のセルBに対応する複数の画素B’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(α1、0、0)である第2ホログラムを撮像する。   The cell B of the spatial light modulator SLM delays the phase of the reference light having the wavelength λ1 by α1. However, the phase of the reference light having the wavelengths λ2 and λ3 is not delayed, or the phase delay is an integral multiple of 2π. The plurality of pixels B ′ corresponding to the plurality of cells B of the spatial light modulator SLM images the second hologram whose phase shift amounts of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 are (α1, 0, 0).

空間光変調器SLMのセルCは、波長λ1の参照光については位相を−α1遅らせる。ただし、波長λ2・λ3の参照光については位相を遅らせない、もしくは位相の遅れは2πの整数倍である。空間光変調器SLMの複数のセルCに対応する複数の画素C’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(−α1、0、0)である第3ホログラムを撮像する。   The cell C of the spatial light modulator SLM delays the phase of the reference light having the wavelength λ1 by −α1. However, the phase of the reference light having the wavelengths λ2 and λ3 is not delayed, or the phase delay is an integral multiple of 2π. The plurality of pixels C ′ corresponding to the plurality of cells C of the spatial light modulator SLM capture an image of the third hologram in which the phase shift amounts of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 are (−α1, 0, 0).

空間光変調器SLMのセルDは、波長λ2の参照光については位相をα2遅らせる。ただし、波長λ1・λ3の参照光については位相を遅らせない、もしくは位相の遅れは2πの整数倍である。空間光変調器SLMの複数のセルDに対応する複数の画素D’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(0、α2、0)である第4ホログラムを撮像する。   The cell D of the spatial light modulator SLM delays the phase of the reference light having the wavelength λ2 by α2. However, the phase of the reference light having the wavelengths λ1 and λ3 is not delayed, or the phase delay is an integral multiple of 2π. The plurality of pixels D ′ corresponding to the plurality of cells D of the spatial light modulator SLM images the fourth hologram having the phase shift amounts (0, α2, 0) of the wavelengths λ1, λ2, and λ3.

空間光変調器SLMのセルEは、波長λ2の参照光については位相を−α2遅らせる。ただし、波長λ1・λ3の参照光については位相を遅らせない、もしくは位相の遅れは2πの整数倍である。空間光変調器SLMの複数のセルEに対応する複数の画素E’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(0、−α2、0)である第5ホログラムを撮像する。   The cell E of the spatial light modulator SLM delays the phase of the reference light having the wavelength λ2 by −α2. However, the phase of the reference light having the wavelengths λ1 and λ3 is not delayed, or the phase delay is an integral multiple of 2π. The plurality of pixels E ′ corresponding to the plurality of cells E of the spatial light modulator SLM capture the fifth hologram whose phase shift amounts of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 are (0, −α2, 0).

空間光変調器SLMのセルFは、波長λ3の参照光については位相をα3遅らせる。ただし、波長λ1・λ2の参照光については位相を遅らせない、もしくは位相の遅れは2πの整数倍である。空間光変調器SLMの複数のセルFに対応する複数の画素F’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(0、0、α3)である第6ホログラムを撮像する。   The cell F of the spatial light modulator SLM delays the phase of the reference light having the wavelength λ3 by α3. However, the phase of the reference light having the wavelengths λ1 and λ2 is not delayed, or the phase delay is an integral multiple of 2π. The plurality of pixels F ′ corresponding to the plurality of cells F of the spatial light modulator SLM capture the sixth hologram having the phase shift amounts (0, 0, α3) of the wavelengths λ1, λ2, and λ3.

空間光変調器SLMのセルGは、波長λ3の参照光については位相を−α3遅らせる。ただし、波長λ1・λ2の参照光については位相を遅らせない、もしくは位相の遅れは2πの整数倍である。空間光変調器SLMの複数のセルGに対応する複数の画素G’は、波長λ1・λ2・λ3の位相シフト量が(0、0、−α3)である第7ホログラムを撮像する。   The cell G of the spatial light modulator SLM delays the phase of the reference light having the wavelength λ3 by −α3. However, the phase of the reference light having the wavelengths λ1 and λ2 is not delayed, or the phase delay is an integral multiple of 2π. The plurality of pixels G ′ corresponding to the plurality of cells G of the spatial light modulator SLM images the seventh hologram having the phase shift amounts of (0, 0, −α3) of the wavelengths λ1, λ2, and λ3.

1回の撮像で記録されたホログラムには、位相シフト量が異なる7種類のホログラムが並列して含まれている。画素を種類毎に抽出することで、第1ホログラム〜第7ホログラムがそれぞれ得られる。なお、抽出されたホログラムの各画素の間の画素値は、実施形態4のように、補間することができる。その後、実施形態9と同様の方法で、7つのホログラムから各波長の物体光の振幅分布を求めることができる。なお、実施形態3と同様の方法を用いて、撮像された6つのホログラムから各波長の物体光の振幅分布を求めることもできる。   A hologram recorded by one imaging includes seven types of holograms having different phase shift amounts in parallel. By extracting the pixels for each type, first to seventh holograms are obtained. Note that pixel values between the extracted pixels of the hologram can be interpolated as in the fourth embodiment. Thereafter, the amplitude distribution of the object light of each wavelength can be obtained from the seven holograms by the same method as in the ninth embodiment. Note that the amplitude distribution of the object light of each wavelength can also be obtained from the six captured holograms using the same method as in the third embodiment.

本実施形態では、撮像面に特殊な光学素子を貼り付けた特殊な撮像装置を用いることなく、1回の撮像で位相シフト量が異なる複数種類のホログラムを得ることができる。そのため、被写体13が動く場合であっても被写体13の再生像を生成することができる。   In the present embodiment, a plurality of types of holograms having different phase shift amounts can be obtained by one imaging without using a special imaging device in which a special optical element is attached to the imaging surface. Therefore, a reproduced image of the subject 13 can be generated even when the subject 13 moves.

なお、空間光変調器SLMの代わりに、セル毎に光路差または光学厚さの異なる素子アレイ、または、セル毎に偏光方向に応じた光路差が発生する素子アレイを用いることもできる。これらの素子アレイは透過型および反射型のいずれであってもよい。   Instead of the spatial light modulator SLM, an element array having a different optical path difference or optical thickness for each cell, or an element array in which an optical path difference corresponding to the polarization direction is generated for each cell may be used. These element arrays may be either transmissive or reflective.

〔実施形態11〕
本実施形態では、干渉性の低い光(蛍光)を物体光として用いる点が、上述の実施形態とは異なる。
[Embodiment 11]
This embodiment is different from the above-described embodiment in that light (fluorescence) having low coherence is used as object light.

図21は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置8の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置8は、記録装置26および再生装置11を備える。記録装置26は、光源31、波長フィルタ32、ビームスプリッタBS1、顕微鏡対物レンズ34、レンズ35を、蛍光顕微鏡の構成要素として備える。さらに記録装置26は、偏光子LP1、空間光変調器SLM、波長板アレイWPA(位相変調素子)、偏光子LP2、およびモノクロの撮像装置12を備える。ビームスプリッタBS1は、励起光の一部を通過させかつ蛍光の一部を反射するように、例えば2色性ミラーまたはハーフミラー等を有する。   FIG. 21 is a schematic diagram showing the configuration of the digital holography device 8 of the present embodiment. The digital holography device 8 includes a recording device 26 and a reproduction device 11. The recording device 26 includes a light source 31, a wavelength filter 32, a beam splitter BS1, a microscope objective lens 34, and a lens 35 as components of a fluorescence microscope. Further, the recording device 26 includes a polarizer LP 1, a spatial light modulator SLM, a wave plate array WPA (phase modulation element), a polarizer LP 2, and a monochrome imaging device 12. The beam splitter BS1 has, for example, a dichroic mirror or a half mirror so that a part of the excitation light passes and a part of the fluorescence is reflected.

観察対象である被写体13には、蛍光標識として複数種類の蛍光分子が含まれる。複数種類の蛍光分子は、互いに波長の異なる蛍光を発生させる。デジタルホログラフィ装置8は、被写体13内の蛍光標識された物質を観察することができる。被写体13は、例えば生体試料である細胞等である。   The subject 13 to be observed includes a plurality of types of fluorescent molecules as fluorescent labels. Plural types of fluorescent molecules generate fluorescence having different wavelengths. The digital holography device 8 can observe the fluorescently labeled substance in the subject 13. The subject 13 is, for example, a cell that is a biological sample.

光源31は、蛍光分子を励起させるための励起光を発生させる。波長フィルタ32は、励起に必要ない波長の光を遮蔽する。波長フィルタ32を通過した励起光は、ビームスプリッタBS1および顕微鏡対物レンズ34を通過し、被写体13に照射される。   The light source 31 generates excitation light for exciting the fluorescent molecules. The wavelength filter 32 blocks light having a wavelength that is not necessary for excitation. The excitation light that has passed through the wavelength filter 32 passes through the beam splitter BS1 and the microscope objective lens 34, and is irradiated onto the subject 13.

被写体13の中の複数種類の蛍光分子は、励起光によって励起し、複数の波長の蛍光を発生させる。被写体13から出射された蛍光は、顕微鏡対物レンズ34によって拡大され、ビームスプリッタBS1によって反射される。レンズ27は、蛍光が拡がって蛍光の強度が小さくなるのを防ぐために、通過した蛍光を平行光に近づける。レンズ27を通過した蛍光は、さらに偏光子LP1、空間光変調器SLM、波長板アレイWPA、および偏光子LP2を通過し、撮像装置12に入射する。   A plurality of types of fluorescent molecules in the subject 13 are excited by excitation light to generate fluorescence of a plurality of wavelengths. The fluorescence emitted from the subject 13 is magnified by the microscope objective lens 34 and reflected by the beam splitter BS1. The lens 27 brings the passed fluorescence closer to parallel light in order to prevent the fluorescence from spreading and reducing the intensity of the fluorescence. The fluorescence that has passed through the lens 27 further passes through the polarizer LP1, the spatial light modulator SLM, the wave plate array WPA, and the polarizer LP2, and is incident on the imaging device 12.

偏光子LP1は、透過軸の方向の成分のみを通過させる。偏光子LP1の透過軸は、垂直方向と水平方向の間の方向に設定する。偏光子LP1を通過した光は、透過軸方向に偏光している。偏光子LP1を通過した光は、垂直方向成分の光のうちの透過軸方向成分と、水平方向成分の光のうちの透過軸方向成分との重ね合わせである。ここでは、垂直方向成分の光(第1成分光)を物体光と見なし、水平方向成分の光(第2成分光)を参照光と見なす。   The polarizer LP1 passes only the component in the direction of the transmission axis. The transmission axis of the polarizer LP1 is set in a direction between the vertical direction and the horizontal direction. The light that has passed through the polarizer LP1 is polarized in the direction of the transmission axis. The light that has passed through the polarizer LP1 is a superposition of the transmission axis direction component of the vertical component light and the transmission axis direction component of the horizontal component light. Here, light in the vertical direction component (first component light) is regarded as object light, and light in the horizontal direction component (second component light) is regarded as reference light.

空間光変調器SLMは、本実施形態では、垂直方向成分の光(物体光)の位相を変調させ、垂直方向成分の光を球面波に変換する。空間光変調器SLMは、水平方向成分の光(参照光)に対しては位相の変調を行わない。そのため、水平方向成分の光は、空間光変調器SLMの通過前と通過後とで進行方向および波面形状は変わらない。   In this embodiment, the spatial light modulator SLM modulates the phase of vertical component light (object light) and converts the vertical component light into a spherical wave. The spatial light modulator SLM does not modulate the phase of the horizontal component light (reference light). Therefore, the traveling direction and the wavefront shape of the light of the horizontal component do not change before and after passing through the spatial light modulator SLM.

波長板アレイWPAは、本実施形態では、偏光感受性を有する波長板アレイである。波長板アレイWPAは、2次元に配列した複数のセルを有す。各セルは、垂直方向成分の光(物体光)に対して、水平方向成分の光(参照光)の位相をずらす。例えば波長板アレイWPAのセルAを基準とすると、各波長λ1・λ2・λ3の水平方向成分の光(参照光)の位相シフト量は(0、0、0)である。一方で、セルBを通過した各波長λ1・λ2・λ3の水平方向成分の光(参照光)の位相シフト量は(α1、0、0)である。同様に、セルCでは参照光の位相シフト量は(−α1、0、0)である。実施形態10と同様に、7種類のセルがあれば、7種類の位相シフト量の組み合わせを得ることができる。   In this embodiment, the wave plate array WPA is a wave plate array having polarization sensitivity. The wave plate array WPA has a plurality of cells arranged two-dimensionally. Each cell shifts the phase of the horizontal component light (reference light) with respect to the vertical component light (object light). For example, when the cell A of the wave plate array WPA is used as a reference, the phase shift amount of the light (reference light) of the horizontal component of each wavelength λ1, λ2, and λ3 is (0, 0, 0). On the other hand, the phase shift amount of the light (reference light) of the horizontal component of each wavelength λ1, λ2, and λ3 that has passed through the cell B is (α1, 0, 0). Similarly, in the cell C, the phase shift amount of the reference light is (−α1, 0, 0). As in the tenth embodiment, if there are seven types of cells, a combination of seven types of phase shift amounts can be obtained.

偏光子LP2の透過軸の方向は、偏光子LP1と同じである。波長板アレイWPAの1つのセルを通過した光は、撮像装置12の1つの画素に入射する。このように対応するように、波長板アレイWPAおよび偏光子LP2は撮像装置12の撮像面に貼り合わせられている構成とすることができる。または、波長板アレイWPAと撮像面との間に、結像光学系を配置することもできる。   The direction of the transmission axis of the polarizer LP2 is the same as that of the polarizer LP1. Light that has passed through one cell of the wave plate array WPA enters one pixel of the imaging device 12. As described above, the wave plate array WPA and the polarizer LP2 can be bonded to the imaging surface of the imaging device 12. Alternatively, an imaging optical system can be disposed between the wave plate array WPA and the imaging surface.

被写体13から出射された蛍光は単一の光路を経て撮像面に到達するので、蛍光の一部である物体光と参照光とは自己干渉する。球面波と平面波とが干渉すると、フレネルゾーンパターン(干渉縞)が形成される。偏光子LP2を通過した物体光と参照光とは、偏光方向が同じであるので、撮像面上において、干渉縞(フレネルゾーンパターン)を形成する。撮像装置12は、形成された干渉縞をホログラムとして記録する。撮像装置12は、実施形態10と同様に、空間分割された第1ホログラム〜第7ホログラムを1回の撮像によって記録することができる。その後、実施形態9、10と同様の方法で、7つのホログラムから各波長の物体光の振幅分布を求めることができる。なお、実施形態3と同様の方法を用いて、撮像された6つのホログラムから各波長の物体光の振幅分布を求めることもできる。本実施形態では、モノクロの撮像装置12を利用して複数波長の情報を多重記録するので、光の利用効率が高い。   Since the fluorescence emitted from the subject 13 reaches the imaging surface through a single optical path, the object light and the reference light that are part of the fluorescence self-interfer. When the spherical wave and the plane wave interfere with each other, a Fresnel zone pattern (interference fringe) is formed. Since the object light and the reference light that have passed through the polarizer LP2 have the same polarization direction, interference fringes (Fresnel zone pattern) are formed on the imaging surface. The imaging device 12 records the formed interference fringes as a hologram. As with the tenth embodiment, the imaging device 12 can record the first to seventh holograms that are spatially divided by one imaging. Thereafter, the amplitude distribution of the object light of each wavelength can be obtained from the seven holograms by the same method as in the ninth and tenth embodiments. Note that the amplitude distribution of the object light of each wavelength can also be obtained from the six captured holograms using the same method as in the third embodiment. In the present embodiment, the monochrome imaging device 12 is used to multiplex-record information on a plurality of wavelengths, so that the light use efficiency is high.

なお、物体光と参照光とは、厳密に球面波と平面波とである必要は無い。物体光および参照光の波面形状(波面の曲率)が異なっていれば干渉縞が形成される。そのため、空間光変調器SLMは、垂直方向成分の光と水平方向成分の光との波面形状(波面の曲率)を異ならせる働きをすればよい。なお、偏光子LP1は省略することもできる。また、蛍光だけでなく、物体(被写体)によって反射、回折または散乱された干渉性の低い光を利用することもできる。また、空間光変調器の代わりに、波長板によって一方の偏光を変調させることもできる。   Note that the object light and the reference light do not have to be strictly spherical waves and plane waves. If the wavefront shapes (curvatures of wavefronts) of the object light and the reference light are different, interference fringes are formed. Therefore, the spatial light modulator SLM has only to function to make the wavefront shapes (curvatures of wavefronts) different between the vertical component light and the horizontal component light. The polarizer LP1 can be omitted. Further, not only fluorescence but also light with low coherence reflected, diffracted or scattered by an object (subject) can be used. Further, instead of the spatial light modulator, one polarized light can be modulated by a wave plate.

また、蛍光の光路の任意の位置に、各波長について、通過させる波長幅を制限する波長バンドパスフィルタを配置してもよい。これにより蛍光(物体光および参照光)の干渉性を高めることができる。   In addition, a wavelength bandpass filter that restricts the wavelength width to pass for each wavelength may be arranged at an arbitrary position in the fluorescence optical path. Thereby, the coherence of fluorescence (object light and reference light) can be enhanced.

〔ソフトウェアによる実現例〕
再生装置11は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
[Example of software implementation]
The playback device 11 may be realized by a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like, or may be realized by software using a CPU (Central Processing Unit).

後者の場合、再生装置11は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ(またはCPU)で読み取り可能に記録されたROM(Read Only Memory)または記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などを備えている。そして、コンピュータ(またはCPU)が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。   In the latter case, the playback device 11 includes a CPU that executes instructions of a program that is software that implements each function, a ROM (Read Only Memory) in which the program and various data are recorded so as to be readable by a computer (or CPU), or A storage device (these are referred to as “recording media”), a RAM (Random Access Memory) that expands the program, and the like are provided. And the objective of this invention is achieved when a computer (or CPU) reads the said program from the said recording medium and runs it. As the recording medium, a “non-temporary tangible medium” such as a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, or the like can be used. The program may be supplied to the computer via an arbitrary transmission medium (such as a communication network or a broadcast wave) that can transmit the program. The present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave in which the program is embodied by electronic transmission.

〔まとめ〕
本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ装置は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを撮像するモノクロの撮像装置を備え、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記撮像装置は、少なくとも、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像する。
[Summary]
A digital holography device according to an aspect of the present invention includes a monochrome imaging device that images a hologram formed by a first reference light, a first object light, a second reference light, and a second object light. The reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the second object light interfere with each other. The second reference light and the first object light do not interfere with each other, and the imaging device has at least the same phase shift amount for the first reference light and the first object light, and With respect to the first hologram, the second hologram, and the third hologram, and the first hologram, which have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively, the second reference light and the second hologram 2 object light A phase shift amount with the same, and, for capturing and a fourth hologram phase shift amount differs for the first reference beam and the first object light.

上記第1参照光および上記第1物体光は、第1波長であり、上記第2参照光および上記第2物体光は、上記第1波長とは異なる第2波長であってもよい。   The first reference light and the first object light may have a first wavelength, and the second reference light and the second object light may have a second wavelength different from the first wavelength.

または、上記第1参照光および上記第1物体光は、第1偏光方向の偏光であり、上記第2参照光および上記第2物体光は、上記第1偏光方向に直交する第2偏光方向の偏光であってもよい。   Alternatively, the first reference light and the first object light are polarized in a first polarization direction, and the second reference light and the second object light are in a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction. It may be polarized light.

上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムから、第2物体光の振幅および位相を特定することができる。また、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第1ホログラムおよび第4ホログラムと、特定された第2物体光の振幅および位相とから、第1物体光の振幅および位相を特定することができる。   A phase shift amount for the first reference light and the first object light, and a phase shift amount for the second reference light and the second object light are different from each other; From the third hologram, the amplitude and phase of the second object light can be specified. The first hologram and the fourth hologram have the same phase shift amount for the second reference light and the second object light, and different phase shift amounts for the first reference light and the first object light. The amplitude and phase of the first object light can be identified from the identified amplitude and phase of the second object light.

上記の構成によれば、第1物体光および第2物体光の振幅および位相の特定に必要な、第1ホログラム、第2ホログラム、第3ホログラム、および第4ホログラムを記録することができる。それゆえ、モノクロの撮像装置を用いて、波長または偏光方向毎に精度よく分離された再生像を得るために必要な複数のホログラムを記録することができ、カラーフィルタを利用する場合に生じるゴーストの問題を回避することができる。そのため、高画質の再生像を得ることができる。また、光の利用効率を高くすることができる。   According to said structure, a 1st hologram, a 2nd hologram, a 3rd hologram, and a 4th hologram required for specification of the amplitude and phase of 1st object light and 2nd object light can be recorded. Therefore, it is possible to record a plurality of holograms necessary for obtaining a reconstructed image accurately separated for each wavelength or polarization direction by using a monochrome imaging device, and to prevent ghosts generated when a color filter is used. The problem can be avoided. Therefore, a high-quality reproduced image can be obtained. In addition, the light use efficiency can be increased.

上記デジタルホログラフィ装置は、上記撮像装置が撮像したホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、上記再生装置は、上記第1ホログラム、上記第2ホログラム、および上記第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、上記第1ホログラムおよび上記第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定する構成であってもよい。   The digital holography device includes a reproduction device that identifies the amplitude and phase of object light based on a hologram imaged by the imaging device, and the reproduction device includes the first hologram, the second hologram, and the third hologram. Is used to identify the amplitude and phase of the second object light, and using the first hologram and the fourth hologram and the identified amplitude and phase of the second object light, The configuration may be such that the amplitude and phase of the above are specified.

上記の構成によれば、各波長または各偏光方向の物体光の振幅および位相を特定することができる。それゆえ、被写体の分光された3次元画像情報または偏光状態の情報を得ることができる。   According to said structure, the amplitude and phase of the object light of each wavelength or each polarization direction can be specified. Therefore, it is possible to obtain spectrally divided three-dimensional image information or polarization state information of the subject.

上記再生装置は、上記第1ホログラムと上記第3ホログラムとの画素値の差分を求め、上記第2物体光のみの振幅および位相に依存する上記差分を用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定する構成であってもよい。   The reproducing apparatus obtains a difference between pixel values of the first hologram and the third hologram, and uses the difference depending on the amplitude and phase of only the second object light, to determine the amplitude of the second object light and The structure which specifies a phase may be sufficient.

上記第1ホログラムと上記第3ホログラムとは、第1参照光および第1物体光については位相シフト量が同じである。そのため、上記第1ホログラムと上記第3ホログラムとの差分は、上記第2物体光のみの振幅および位相に依存する。それゆえ、上記第1ホログラムと上記第3ホログラムとの差分を用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定することができる。   The first hologram and the third hologram have the same phase shift amount for the first reference light and the first object light. Therefore, the difference between the first hologram and the third hologram depends on the amplitude and phase of only the second object light. Therefore, the amplitude and phase of the second object light can be specified using the difference between the first hologram and the third hologram.

上記撮像装置は、上記第1参照光、上記第1物体光、上記第2参照光、上記第2物体光、第3参照光、および第3物体光により形成されるホログラムを撮像し、上記第3参照光と上記第3物体光とは互いに干渉可能であり、上記第3参照光と、上記第1物体光および上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第1ホログラム、上記第2ホログラム、上記第3ホログラム、および上記第4ホログラムでは、上記第3参照光および上記第3物体光についての位相シフト量は同じであり、上記撮像装置は、さらに、上記第1ホログラムから上記第4ホログラムのいずれかに対して、上記第1参照光および上記第1物体光について位相シフト量は同じで、上記第2参照光および上記第2物体光について位相シフト量は同じで、かつ、上記第3参照光および上記第3物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第5ホログラムおよび第6ホログラムを撮像する構成であってもよい。   The imaging device images a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, the second object light, the third reference light, and the third object light, and 3 reference light and the third object light can interfere with each other, and the third reference light, the first object light and the second object light do not interfere with each other, and the first hologram and the second object light The hologram, the third hologram, and the fourth hologram have the same phase shift amount for the third reference light and the third object light, and the imaging apparatus further includes the first hologram to the fourth hologram. For any of the holograms, the phase shift amount is the same for the first reference light and the first object light, the phase shift amount is the same for the second reference light and the second object light, and the first 3 reference light Phase shift amount of the fine the third object light are different, the fifth hologram and sixth hologram may be configured to imaging.

第3参照光および第3物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、3つのホログラムから、第3物体光の振幅および位相を特定することができる。該3つのホログラムは、上記第1ホログラムから上記第4ホログラムのいずれか1つと、第5ホログラムおよび第6ホログラムとを含む。   The amplitude and phase of the third object light can be specified from three holograms having different phase shift amounts for the third reference light and the third object light. The three holograms include any one of the first to fourth holograms, a fifth hologram, and a sixth hologram.

上記の構成によれば、第1波長、第2波長、第3波長の物体光の振幅および位相の特定に必要な、第1ホログラム、第2ホログラム、第3ホログラム、第4ホログラム、第5ホログラム、および第6ホログラムを記録することができる。   According to the above configuration, the first hologram, the second hologram, the third hologram, the fourth hologram, and the fifth hologram, which are necessary for specifying the amplitude and phase of the object light having the first wavelength, the second wavelength, and the third wavelength. , And a sixth hologram can be recorded.

上記撮像装置は、それぞれ上記撮像装置の画素に対応した、第1セル、第2セル、第3セル、および第4セルが配列した波長板アレイを備え、上記第1セルの位相シフト量を基準として、上記第2セルは上記第2波長について第1量の位相シフト量を生じさせ、上記第3セルは上記第2波長について第2量の位相シフト量を生じさせ、上記第4セルは上記第1波長について第3量の位相シフト量を生じさせる構成であってもよい。   The imaging device includes a wave plate array in which a first cell, a second cell, a third cell, and a fourth cell are arranged corresponding to the pixels of the imaging device, and the phase shift amount of the first cell is used as a reference. The second cell produces a first amount of phase shift for the second wavelength, the third cell produces a second amount of phase shift for the second wavelength, and the fourth cell A configuration in which a third amount of phase shift is generated for the first wavelength may be employed.

上記の構成によれば、波長板アレイの第1セルから第4セルに対応して、第1ホログラム、第2ホログラム、第3ホログラム、および第4ホログラムを生成することができる。それゆえ、撮像装置は、1回の撮像で第1ホログラム、第2ホログラム、第3ホログラム、および第4ホログラムを撮像することができる。   According to said structure, a 1st hologram, a 2nd hologram, a 3rd hologram, and a 4th hologram can be produced | generated corresponding to the 4th cell from the 1st cell of a wavelength plate array. Therefore, the imaging apparatus can image the first hologram, the second hologram, the third hologram, and the fourth hologram with one imaging.

本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ装置は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記再生装置は、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定する。   A digital holography device according to one aspect of the present invention performs reproduction that specifies the amplitude and phase of object light based on a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light. And the first reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the first object light can be interfered with each other. The second object light does not interfere with each other, the second reference light and the first object light do not interfere with each other, and the reproduction apparatus has a phase shift amount for the first reference light and the first object light. Using the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which are the same and have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively, the amplitude and phase of the second object light Identify and above The phase shift amounts for the second reference light and the second object light are the same as the hologram and the first hologram, and the phase shift amounts for the first reference light and the first object light are different. Using the fourth hologram and the identified amplitude and phase of the second object light, the amplitude and phase of the first object light are identified.

上記の構成によれば、第2参照光および第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムから、第2物体光の振幅および位相を特定することができる。また、第1参照光および第1物体光についての位相シフト量が異なる第1ホログラムおよび第4ホログラムと、特定された第2物体光の振幅および位相とから、第1物体光の振幅および位相を特定することができる。それゆえ、モノクロの撮像装置を用いて記録可能な複数のホログラムから、波長毎または偏光方向毎に精度よく分離された再生像を得ることができる。そのため、カラーフィルタを利用する場合に生じるゴーストの問題を回避することができる。そのため、高画質の再生像を得ることができる。   According to the above configuration, the amplitude and phase of the second object light are specified from the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively. be able to. Further, the amplitude and phase of the first object light are calculated from the first and fourth holograms having different phase shift amounts for the first reference light and the first object light, and the specified amplitude and phase of the second object light. Can be identified. Therefore, it is possible to obtain a reproduced image accurately separated for each wavelength or polarization direction from a plurality of holograms that can be recorded using a monochrome imaging device. Therefore, it is possible to avoid the problem of ghost that occurs when using a color filter. Therefore, a high-quality reproduced image can be obtained.

本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ方法は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを、モノクロの撮像装置を用いて撮像する撮像ステップを含み、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記撮像ステップにおいては、少なくとも、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像する。   In the digital holography method according to one aspect of the present invention, an imaging step of imaging a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light using a monochrome imaging device. The first reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the second object light can be interfered with each other. The object light does not interfere with each other, the second reference light and the first object light do not interfere with each other, and at least the phase shift of the first reference light and the first object light is performed in the imaging step. For the first hologram, the second hologram, and the third hologram having the same amount and different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively, Phase shift amount for the serial second reference light and the second object light the same, and, for capturing and a fourth hologram phase shift amount differs for the first reference beam and the first object light.

本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ方法は、第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生ステップを含み、上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、上記再生ステップは、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定する第1ステップと、上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定する第2ステップとを含む。   A digital holography method according to an aspect of the present invention is a reproduction that specifies an amplitude and a phase of an object light based on a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light. The first reference light and the first object light can interfere with each other, the second reference light and the second object light can interfere with each other, and the first reference light and the first object light Two object lights do not interfere with each other, the second reference light and the first object light do not interfere with each other, and the reproduction step has a phase shift amount with respect to the first reference light and the first object light. Using the first hologram, the second hologram, and the third hologram, which are the same and have different phase shift amounts for the second reference light and the second object light, respectively, the amplitude and phase of the second object light Identify The first step, the first hologram, and the first hologram have the same phase shift amounts for the second reference light and the second object light, and the first reference light and the first object. And a second hologram that specifies the amplitude and phase of the first object light using the fourth hologram having a different phase shift amount for the light and the specified amplitude and phase of the second object light.

本発明の各態様に係る再生装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記再生装置として動作させることにより上記再生装置をコンピュータにて実現させる再生装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。   The playback device according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, a playback device control program for causing the playback device to be realized by a computer by operating the computer as the playback device, and A computer-readable recording medium on which it is recorded also falls within the scope of the present invention.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、デジタルホログラフィ装置、分光3次元動画顕微鏡、ハイスピード3Dカラー動画カメラ等に利用することができる。また、本発明は、ロボットビジョン、マン−マシンインターフェース、計測・分析装置に利用することができる。そのため、本発明は、工学のみならず、生命化学等の分野においても利用が可能である。   The present invention can be used for a digital holography device, a spectroscopic three-dimensional moving image microscope, a high-speed 3D color moving image camera, and the like. Further, the present invention can be used for robot vision, man-machine interface, and measurement / analysis apparatus. Therefore, the present invention can be used not only in engineering but also in fields such as biochemistry.

1〜8 デジタルホログラフィ装置
10、20〜26 記録装置
11 再生装置
12、12a〜12e 撮像装置
12f 撮像面
13 被写体
H0〜H4 ホログラム
HWP 1/2波長板
LP 偏光素子
LP1、LP2、LP11〜LP14 偏光子
LS1〜LS3 レーザ光源
WP1〜WP5 波長板
WPA 波長板アレイ
SLM 空間光変調器
1-8 Digital holography device 10, 20-26 Recording device 11 Playback device 12, 12a-12e Imaging device 12f Imaging surface 13 Subject H0-H4 Hologram HWP Half-wave plate LP Polarizing elements LP1, LP2, LP11-LP14 Polarizer LS1 to LS3 Laser light sources WP1 to WP5 Wave plate WPA Wave plate array SLM Spatial light modulator

Claims (10)

第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを撮像するモノクロの撮像装置を備え、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記撮像装置は、少なくとも、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、
上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像することを特徴とするデジタルホログラフィ装置。
A monochrome imaging device that images a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light;
The first reference light and the first object light can interfere with each other;
The second reference light and the second object light can interfere with each other;
The first reference light and the second object light do not interfere with each other,
The second reference light and the first object light do not interfere with each other,
The imaging device is at least
A phase shift amount for the first reference light and the first object light, and a phase shift amount for the second reference light and the second object light are different from each other; And a third hologram,
For the first hologram, the phase shift amounts for the second reference light and the second object light are the same, and the phase shift amounts for the first reference light and the first object light are different. A digital holography device that images a hologram.
上記第1参照光および上記第1物体光は、第1波長であり、
上記第2参照光および上記第2物体光は、上記第1波長とは異なる第2波長であることを特徴とする請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。
The first reference light and the first object light have a first wavelength,
The digital holography device according to claim 1, wherein the second reference light and the second object light have a second wavelength different from the first wavelength.
上記第1参照光および上記第1物体光は、第1偏光方向の偏光であり、
上記第2参照光および上記第2物体光は、上記第1偏光方向に直交する第2偏光方向の偏光であることを特徴とする請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。
The first reference light and the first object light are polarized light in a first polarization direction,
2. The digital holography device according to claim 1, wherein the second reference light and the second object light are polarized light having a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction.
上記撮像装置が撮像したホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、
上記再生装置は、
上記第1ホログラム、上記第2ホログラム、および上記第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、
上記第1ホログラムおよび上記第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。
A reproduction device that identifies the amplitude and phase of object light based on the hologram imaged by the imaging device,
The playback device is
Using the first hologram, the second hologram, and the third hologram, the amplitude and phase of the second object light are specified,
4. The amplitude and phase of the first object light are specified using the first hologram and the fourth hologram and the specified amplitude and phase of the second object light. The digital holography device according to any one of the above.
上記再生装置は、上記第1ホログラムと上記第3ホログラムとの画素値の差分を求め、上記第2物体光のみの振幅および位相に依存する上記差分を用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定することを特徴とする請求項4に記載のデジタルホログラフィ装置。   The reproducing apparatus obtains a difference between pixel values of the first hologram and the third hologram, and uses the difference depending on the amplitude and phase of only the second object light, to determine the amplitude of the second object light and The digital holography device according to claim 4, wherein the phase is specified. 上記撮像装置は、上記第1参照光、上記第1物体光、上記第2参照光、上記第2物体光、第3参照光、および第3物体光により形成されるホログラムを撮像し、
上記第3参照光と上記第3物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第3参照光と、上記第1物体光および上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第1ホログラム、上記第2ホログラム、上記第3ホログラム、および上記第4ホログラムでは、上記第3参照光および上記第3物体光についての位相シフト量は同じであり、
上記撮像装置は、さらに、
上記第1ホログラムから上記第4ホログラムのいずれかに対して、上記第1参照光および上記第1物体光について位相シフト量は同じで、上記第2参照光および上記第2物体光について位相シフト量は同じで、かつ、上記第3参照光および上記第3物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第5ホログラムおよび第6ホログラムを撮像することを特徴とする請求項1、2、4、5のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。
The imaging device images a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, the second object light, the third reference light, and the third object light,
The third reference light and the third object light can interfere with each other;
The third reference light, the first object light, and the second object light do not interfere with each other,
In the first hologram, the second hologram, the third hologram, and the fourth hologram, the phase shift amounts for the third reference light and the third object light are the same,
The imaging apparatus further includes:
The phase shift amount is the same for the first reference light and the first object light and the phase shift amount is the same for the second reference light and the second object light with respect to any one of the first hologram to the fourth hologram. 5. The fifth hologram and the sixth hologram, which are the same and have different phase shift amounts for the third reference light and the third object light, are imaged. The digital holography device according to any one of the above.
上記撮像装置は、それぞれ上記撮像装置の画素に対応した、第1セル、第2セル、第3セル、および第4セルが配列した波長板アレイを備え、
上記第1セルの位相シフト量を基準として、
上記第2セルは上記第2波長について第1量の位相シフト量を生じさせ、
上記第3セルは上記第2波長について第2量の位相シフト量を生じさせ、
上記第4セルは上記第1波長について第3量の位相シフト量を生じさせることを特徴とする請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。
The imaging device includes a wave plate array in which a first cell, a second cell, a third cell, and a fourth cell are arranged corresponding to the pixels of the imaging device,
Using the phase shift amount of the first cell as a reference,
The second cell produces a first amount of phase shift for the second wavelength;
The third cell produces a second amount of phase shift for the second wavelength;
3. The digital holography device according to claim 2, wherein the fourth cell generates a third amount of phase shift for the first wavelength.
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記再生装置は、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、
上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定することを特徴とするデジタルホログラフィ装置。
A reproduction device that identifies the amplitude and phase of the object light based on a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light;
The first reference light and the first object light can interfere with each other;
The second reference light and the second object light can interfere with each other;
The first reference light and the second object light do not interfere with each other,
The second reference light and the first object light do not interfere with each other,
The playback device is
A phase shift amount for the first reference light and the first object light, and a phase shift amount for the second reference light and the second object light are different from each other; And the third hologram is used to identify the amplitude and phase of the second object light,
The first hologram and the first hologram have the same phase shift amount for the second reference light and the second object light, and the phase shift for the first reference light and the first object light. A digital holography device that identifies the amplitude and phase of the first object light using a fourth hologram having a different amount and the identified amplitude and phase of the second object light.
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを、モノクロの撮像装置を用いて撮像する撮像ステップを含み、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記撮像ステップにおいては、少なくとも、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、
上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像することを特徴とするデジタルホログラフィ方法。
An imaging step of imaging a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light using a monochrome imaging device;
The first reference light and the first object light can interfere with each other;
The second reference light and the second object light can interfere with each other;
The first reference light and the second object light do not interfere with each other,
The second reference light and the first object light do not interfere with each other,
In the imaging step, at least
A phase shift amount for the first reference light and the first object light, and a phase shift amount for the second reference light and the second object light are different from each other; And a third hologram,
For the first hologram, the phase shift amounts for the second reference light and the second object light are the same, and the phase shift amounts for the first reference light and the first object light are different. A digital holography method comprising imaging a hologram.
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生ステップを含み、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記再生ステップは、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定する第1ステップと、
上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定する第2ステップとを含むことを特徴とするデジタルホログラフィ方法。
A reproduction step of identifying the amplitude and phase of the object light based on a hologram formed by the first reference light, the first object light, the second reference light, and the second object light,
The first reference light and the first object light can interfere with each other;
The second reference light and the second object light can interfere with each other;
The first reference light and the second object light do not interfere with each other,
The second reference light and the first object light do not interfere with each other,
The playback step is
A phase shift amount for the first reference light and the first object light, and a phase shift amount for the second reference light and the second object light are different from each other; And a first step of identifying the amplitude and phase of the second object light using the third hologram,
The first hologram and the first hologram have the same phase shift amount for the second reference light and the second object light, and the phase shift for the first reference light and the first object light. A digital holography comprising: a fourth hologram having a different amount; and a second step of identifying the amplitude and phase of the first object light using the identified amplitude and phase of the second object light. Method.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6987831B2 (en) * 2016-03-10 2022-01-05 シスメックス株式会社 Optical instruments and image formation methods
JP7290907B2 (en) 2016-03-10 2023-06-14 シスメックス株式会社 Optical instrument and image formation method
JP6724473B2 (en) * 2016-03-28 2020-07-15 富士ゼロックス株式会社 Digital holography device
JP6759658B2 (en) * 2016-03-28 2020-09-23 富士ゼロックス株式会社 Digital holography equipment
KR102250993B1 (en) 2017-03-28 2021-05-12 한국전자통신연구원 Apparatus and method for capturing fourier hologram
JP2018205430A (en) * 2017-05-31 2018-12-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Phase shift digital holography apparatus and program thereof
JP7156190B2 (en) * 2019-07-05 2022-10-19 株式会社島津製作所 Cell observation device
JP7300171B2 (en) 2019-10-07 2023-06-29 国立研究開発法人情報通信研究機構 INTERFERENCE LIGHT GENERATOR AND INTERFERENCE IMAGING DEVICE
CN112013791B (en) * 2020-09-02 2021-05-28 常州机电职业技术学院 Three-wavelength variable-scale interference microscopic imaging system, imaging method and three-phase restoration method
WO2022054888A1 (en) * 2020-09-10 2022-03-17 国立研究開発法人情報通信研究機構 Image reproduction device, hologram recording device, and digital holography device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10268740A (en) * 1997-03-27 1998-10-09 Rikagaku Kenkyusho Phase shift digital holography device
JP2005283683A (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Japan Science & Technology Agency Digital holography device and image reproducing method using digital holography
JP2009036791A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Panasonic Corp Hologram preparation device and hologram preparation method
WO2009066771A1 (en) * 2007-11-22 2009-05-28 National University Corporation Kyoto Institute Of Technology Digital holography device and phase plate array
US20090147334A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Industrial Technology Research Institute Multi-color off-axis digital holographic system and the imaging method thereof
WO2010092739A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 国立大学法人京都工芸繊維大学 Interference measuring device and interference measuring method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10268740A (en) * 1997-03-27 1998-10-09 Rikagaku Kenkyusho Phase shift digital holography device
JP2005283683A (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Japan Science & Technology Agency Digital holography device and image reproducing method using digital holography
JP2009036791A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Panasonic Corp Hologram preparation device and hologram preparation method
WO2009066771A1 (en) * 2007-11-22 2009-05-28 National University Corporation Kyoto Institute Of Technology Digital holography device and phase plate array
US20090147334A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Industrial Technology Research Institute Multi-color off-axis digital holographic system and the imaging method thereof
WO2010092739A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 国立大学法人京都工芸繊維大学 Interference measuring device and interference measuring method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田原 樹、伊藤 安軌、夏 鵬、粟辻 安浩、西尾 謙三、裏 升吾、久保田 敏弘、的場 修: "シングルショット位相シフトディジタルホログラフィに基づくマルチパラメータイメージングシステム", ITE TECHNICAL REPORT, vol. 36, no. 43, JPN6014042638, 30 October 2012 (2012-10-30), JP, pages 35 - 38, ISSN: 0003741941 *

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